ИЗДАТЕЛЬСТВО М О С К О ВС К О ГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА
П редседат ель Л .А . П У Ч КО В
рект ор М Г Г...
269 downloads
469 Views
14MB Size
Report
This content was uploaded by our users and we assume good faith they have the permission to share this book. If you own the copyright to this book and it is wrongfully on our website, we offer a simple DMCA procedure to remove your content from our site. Start by pressing the button below!
Report copyright / DMCA form
ИЗДАТЕЛЬСТВО М О С К О ВС К О ГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА
П редседат ель Л .А . П У Ч КО В
рект ор М Г Г У , чл.-корр. Р А Н
Зам. председателя Л .Х . Г И Т И С
директор Издательства М ГГУ
Члены редсовета И.В. ДЕМЕНТЬЕВ
академик Р А Е Н
AM. ДМИТРИЕВ
академик Р А Е Н
Б.А. КАРТОЗИЯ
академик Р А Е Н
В.В. КУРЕХИН
академик РА Е Н
М.В. КУРЛЕНЯ
академик Р А Н
В.И. ОСИПОВ
академик Р А Н
Э.М. СОКОЛОВ К.Н. ТРУБЕЦКОЙ В.В. ХРОНИН
академик M A H B ill академик Р А Н профессор
В.А. ЧАНТУРИЯ
академик Р А Н
Е.И. ШЕМЯКИН
академик Р А Н
ВЫСШЕЕ ГОРНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
МАРМШЩЕРИЯ Допущено Министерством образования Рос сийской Федерации в качестве учебника для студентов высших учебных заведений, обучаю щихся по специальности «Маркшейдерское дело» направления подготовки дипломирован ных специалистов «Горное дело»
МОСКВА ИЗДАТЕЛЬСТВО / \ МОСКОВСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО / \ ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА = = > 2 0 0 3
УДК 622.1 ББК 33.12 М25 А вторы : д-р техн. наук М.Е. Певзнер, д-р техн. наук В.Н. Попов, д-р техн. наук В.А. Букринский, инж. Е.В. Викторова, канд. техн. наук Е.В. Киселевский, д-р физ.-мат. наук Ю.О. Кузьмин, инж. А.М. Навитний, канд. техн. наук Г.В. Орлов, канд. техн. наук В.Н. Сученко, канд. техн. наук Н.Е. Федотов Федеральная целевая программа "Культура России" Р ец ен зен ты : кафедра "Геодезия и маркшейдерское дело" Московского государственного геолого-разведочного университета (зав. кафедрой д-р техн. наук, проф. А.Б. Макаров), проф. Б.И. Бузинов (Российский университет дружбы народов) Маркшейдерия: Учебник для вузов / Под ред. М.Е. Певзнера, М25 В.Н. Попова. - М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2003. - 419 с.: ил. ISBN 5-7418-0257-5 Изложены общие сведения о маркшейдерии, ее предмет, содер жание, цель и задачи. Проанализирована нормативная правовая база недропользования. Рассмотрены основные виды маркшейдер ских съемок. Дано описание основ маркшейдерского обеспечения рационального использования и охраны недр, промышленной и экологической безопасности недропользования. Выполнен анализ точности маркшейдерских работ. Приведены данные о закономер ностях сдвижения горных пород при недропользовании и методах наблюдения за геомеханическими процессами. Для студентов вузов, обучающихся по направлению "Горное дело" специальности "Маркшейдерское дело", и работников горно добывающей промышленности. УДК 622.1 ББК 33.12 ISBN 5-7418-0257-5
© Коллектив авторов, 2003 © Издательство МГГУ, 2003 © Дизайн книги. Издательство МГГУ, 2003
100-летию со дня рождения выдающегося ученого и педагога в области маркшейдерии и геометрии недр Петра Александровича Рыжова посвящается
ПРЕДИСЛОВИЕ
Н
астоящий учебник охватывает весь перечень методов и средств ведения маркш ейдерских работ и представляет собой базовый курс, являю щ ийся основой при подготовке маркш ейдеров в вузах страны. Целью учебника является выработка у студентов вузов знаний, умений и представлений, необходимых для реш ения стандартных задач маркш ейдерского обеспечения недрополь зования. Необходимость подготовки этого учебника обусловлена тем, что в издании учебников для студентов маркш ейдерской специальности возникла пауза почти в 15 лет. За это время произошли значительные изменения в технике и методике маркш ейдерских работ, задачах и функциях маркш ейдерской службы горных предприятий, которые необходимо изучить будущ ему горному инженеру-маркшейдеру. И деология учебника основана на новом законодательстве Российской Ф едерации о недропользовании, в котором сфор мулированы основные права и обязанности пользователей недр, требования по рациональному использованию и охране недр, безопасному ведению работ, связанных с пользованием недрами.
Для более полного отражения новой роли маркш ейдерской службы в современных условиях в учебнике широко исполь зую тся действующ ие инструктивные и методические мате риалы. У чебник создавался авторским коллективом на основе обобщения учебных планов ведущих вузов, осущ ествляю щ их подготовку маркшейдеров, многолетнего опы та преподавания маркш ейдерских дисциплин в М осковском государственном горном университете и практики маркш ейдерского обеспече ния различных видов недропользования. Содержание учебника соответствует требованиям П ри мерной программы дисциплины "М аркшейдерия", утверж денной М инистерством образования РФ 6 ноября 2001 г. А вторы выражаю т искреннюю признательность рецензен там рукописи учебника заведую щ ему кафедрой Геодезии и маркш ейдерского дела М осковского государственного геолого-разведочного университета проф. А.Б. Макарову и заведую щему кафедрой Геодезии Российского университета дружбы народов проф. Б.И. Бузинову за полезное обсуж дение и кон структивные замечания.
Часть 1 МАРКШЕЙДЕРИЯ БАЗОВЫЙ КУРС
1. ПРЕДМЕТ, СОДЕРЖАНИЕ, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ МАРКШЕЙДЕРИИ
1.1. МАРКШЕЙДЕРИЯ. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
М
аркшейдерия играет важнейшую роль в недропользовании, по скольку в соответствии с действующими нормативными пра вовыми документами на маркшейдерскую службу предприятийнедропользователей возложены весьма ответственные задачи: • своевременное и высококачественное ведение комплекса маркшейдерских работ и документации, обеспечивающих наиболее полное и комплексное освоение месторождений полезных ископаемых при разведке, проектировании, стро ительстве, эксплуатации и ликвидации (консервации) гор ного предприятия, а также эффективное использование недр в целях, не связанных с добычей полезных ископае мых, безопасное ведение горных работ и охрану недр; • совершенствование организации и методов ведения марк шейдерских работ на основе широкого внедрения новей ших достижений науки и техники, передового отечествен ного и зарубежного опыта; • строгое соблюдение государственных интересов (в соот ветствии с российским законодательством недра и содер жащиеся в них ресурсы являются государственной собст венностью) при пользовании недрами, предупреждение проявлений хищнического подхода к использованию и ох ране недр. В историческом аспекте понятие "маркшейдерия" (маркшейдер ское дело) происходит от немецкого Mark — граница и scheiden — различать, разделять. К настоящему времени накоплено большое количество определений маркшейдерского дела (маркшейдерии), данных отечественными и зарубежными специалистами. Приведем лишь некоторые из них, чтобы показать, как эти определения ме нялись во времени.
Маркшейдерское дело - это: • отрасль горной науки и техники о съемках и замерах гор ных выработок и способах решения горно-геометрических задач (Горное дело: Энциклопедический справочник "Гео логия угольных месторождений и маркшейдерское дело". М.: Недра, 1957); • отрасль горной науки о пространственно-геометрических измерениях шахт и рудников и способах решения горно геометрических задач (Рыжов П.А., Букринский В.А., Гуд ков В.М. и др. Маркшейдерское дело: Учебное пособие для студентов горных институтов и факультетов. - М.: Металлургиздат, 1958); • отрасль знания и техники, основным предметом которой является производство съемок и других измерений с целью изображения на чертежах горных выработок, геологиче ских объектов и объектов территории горных отводов, а также использование результатов съемок и замеров для решения задач, возникающих при разведке месторожде ний, проектировании, строительстве и эксплуатации гор ных предприятий (Казаковский Д.А., Кротов Г.А., Лавров В.Н. и др. Маркшейдерское дело. Ч. 1: Учебник для сту дентов вузов, обучающихся по специальности "Маркшей дерское дело". - М.: Недра, 1970); • отрасль горной науки и техники, занимающаяся измере ниями на поверхности и в недрах Земли при разведке и эксплуатации месторождений полезных ископаемых и строительстве горных предприятий (Борщ-Компониец В.И. и др. Маркшейдерское дело: Учебник для горных техни кумов. - М.: Недра, 1979); • раздел горных наук, изучающий на основе измерений, вы числений, геометрических и графических построений раз мер, форму и другие параметры залежей полезных иско паемых и пространственное положение горных выработок (Горная энциклопедия. - Т.З. - М.: Советская энциклопе дия, 1987); • отрасль горной науки и техники, занимающаяся простран ственно-геометрическими измерениями (маркшейдерски ми съемками) (Терминологический словарь по маркшей дерскому делу. - М.: Недра, 1987).
К приведенным выше определениям понятия "маркшейдерское дело" необходимо добавить следующее. Уже более 25 лет функ ционирует Международное общество по маркшейдерскому делу сокращенно ИСМ. Это общество является объединением специали стов в области маркшейдерского дела. Оно является негосударст венной организацией ЮНЕСКО и постоянным членом Всемирного горного конгресса, осуществляя свою деятельность как самостоя тельная международная организация в соответствии с утвержден ным Уставом. В Уставе ИСМ дано следующее определение поня тия "маркшейдерское дело": это отрасль горной науки и техники, занимающаяся комплексом измерений, вычислений и геометриче ских построений всех видов для сбора и документирования дан ных, выполняемых на всех стадиях поиска, разведки месторожде ний полезных ископаемых, их добычи открытым и подземным спо собами, а также строительства и эксплуатации подземных соору жений, не связанных с добычей полезных ископаемых. Новые задачи и содержание маркшейдерии определяются науч ным и техническим прогрессом в горной промышленности. На современном уровне развития маркшейдерии ее следует рас сматривать: • как важнейшую составную часть недропользования; • как учебную дисциплину; • как горную науку. Такое деление в определенной мере является условным, по скольку зачастую в учебниках по маркшейдерскому делу приводи лись (и приводятся) результаты очень глубоких исследований, а они, в свою очередь, существенно отражаются на технике и мето дике маркшейдерских работ. С другой стороны, развитие какоголибо научного направления в маркшейдерском деле приводит к его оформлению в учебную дисциплину, которая затем преподается в горных вузах. Все же такой подход позволяет более четко проана лизировать сущность маркшейдерского дела.
1.2. МАРКШЕЙДЕРИЯ - СОСТАВНАЯ ЧАСТЬ НЕДРОПОЛЬЗОВАНИЯ
М
аркшейдерия зародилась в глубокой древности вместе с воз никновением горного дела как выражение объективной необ
ходимости ориентироваться в подземных выработках и изображать их на планах. Первое упоминание способов съемки подземных горных выра боток принадлежит Герону Александрийскому (1 в. до н.э.). Во второй половине XVI в. в Германии из среды горняков стали выде ляться лица, которые занимались съемкой горных выработок и пе ренесением с поверхности в шахту границ участков. Таких специа листов стали называть маркшейдерами, а круг вопросов горного дела, решаемых ими, - маркшейдерским искусством. В России первые сведения о подземных съемках появились во времена Петра I. В проекте горно-заводского устава, составленного В.Н. Татищевым и изданного в 1734 г., четко определены задачи и обязанности маркшейдера. Обнаруженные в архивах уральских рудников маркшейдерские планы середины XVIII в. свидетельст вуют, по мнению проф. Д.Н. Оглоблина, о сравнительно высоком для того времени уровне маркшейдерского искусства в России. На пример, на Березовских рудниках уже в то время съемки выполня лись в единой местной системе координат. Чертежи горных выра боток составлялись в проекциях на горизонтальную и вертикаль ную плоскости, в единых условных обозначениях. В истории развития маркшейдерии, начиная с XIX в., можно отметить два основных направления. Первое из них связано с качественными изменениями в технике и методике производства маркшейдерских работ. Середина XIX в. - переход от буссоли к теодолиту, начало при менения математических методов обработки и оценки результатов измерений. В 1847 г. даются первое описание конструкции горного теодолита с эксцентренной трубой и методики подземной теодо литной съемки. Как отмечал проф. П.А. Рыжов, параллельно с раз работкой маркшейдерских инструментов во второй половине XIX в. и в первой половине XX в. в Германии большое внимание уделя лось совершенствованию методики маркшейдерских работ. В 1937 г. в Германии был создан проектир направлений для оптического способа ориентирования съемок в подземном пространстве. В пер вой половине XX в. начались работы по созданию приборно-ап паратурной базы для проведения работ по гироскопическому ори ентированию подземных выработок. В настоящее время для проведения маркшейдерских работ при меняются такие высокоточные приборы, как светодальномеры, ла
зерные указатели направлений, гироскопические и кодовые теодо литы, нивелиры с самоустанавливающимся визирным лучом, глу биномеры, автоматы-профилографы, спутниковая и компьтерная технологии и др. Второе направление связано с созданием нормативных право вых и инструктивных документов, регулирующих деятельность маркшейдерской службы. Важную роль в развитии этого направле ния играли и играют съезды маркшейдеров. Как отмечалось в докладе "О состоянии отечественной маркшей дерии и задачах съезда маркшейдеров Российской Федерации", пред ставленном съезду в 1995 г., "начиная с первого регионального съезда маркшейдеров Юга России в 1909 г., все стратегически важные марк шейдерские проблемы решались коллегиально маркшейдерами Рос сии на региональных и всероссийских съездах, решения которых яв лялись основой для решений правительственных учреждений". В 1913 г. в Санкт-Петербурге проф. В.И. Бауман организовал и провел Первый Всероссийский съезд маркшейдеров. Однако реше ния съезда по проведению прогрессивной реформы маркшейдер ской службы из-за начавшейся вскоре первой мировой войны не были осуществлены. В 1921 г. по инициативе проф. В.И. Баумана в г. Петрограде со стоялся Второй Всероссийский маркшейдерский съезд, на котором была одобрена новая структура маркшейдерской службы, утвер ждена Инструкция по производству маркшейдерских работ, опре делены основные требования к подготовке инженерных кадров маркшейдерской специальности в вузах. В 1929 г. по инициативе проф. И.М. Бахурина была проведена Всесоюзная маркшейдерская конференция, тождественная по зна чению очередному маркшейдерскому съезду. На конференции бы ли приняты Правила по маркшейдерскому делу и маркшейдерско му контролю, более полная Техническая инструкция по производ ству маркшейдерских работ, постановление о создании постоянной маркшейдерской комиссии при Научно-техническом совете горной промышленности. Созданная по решению конференции постоянная маркшейдерская комиссия имела очень большое значение. Она за нималась введением системы прямоугольных координат, единой для всей территории страны. Она же организовала первые наблю дения за сдвижением земной поверхности под влиянием горных разработок.
В 1932 г. в г. Ленинграде состоялся Первый Всесоюзный маркшейдерский съезд. На съезде присутствовало более 350 пред ставителей производственной и научной маркшейдерии, в нем принял участие тогдашний президент Академии наук СССР акад. А.П. Карпинский. Съезд рассмотрел важнейшие организационные и технические вопросы маркшейдерии: о положении маркшейдер ского дела на предприятии и о его организации; о маркшейдер ском контроле и надзоре; о кадрах; о перестройке маркшейдер ского дела; об условных обозначениях на маркшейдерской до кументации; о систематических наблюдениях за сдвижением поверхности под влиянием горных разработок; об изменениях технических маркшейдерских инструкций; о службе магнитных наблюдений; о создании ЦНИМБа (Центрального научно-иссле довательского маркшейдерского бюро, преобразованного в 1945 г. во Всесоюзный научно-исследовательский маркшейдерский ин ститут - ВНИМИ). Съезд стал поворотным этапом в истории маркшейдерской службы страны. Уже на этом съезде решался вопрос об организа ции маркшейдерской службы в горной промышленности. Часть де легатов (111 чел.) настаивала на выведении маркшейдерской служ бы из подчинения администрации предприятий и выделении ее в специальную организацию, ведущую маркшейдерские работы для горного предприятия на договорных началах. Другая часть (114 чел.) считала целесообразным оставить маркшейдерскую службу в сис теме общего управления горным предприятием. Ввиду такого раз деления голосов решение вопроса было передано в Высший Совет народного хозяйства (ВСНХ СССР), который перевел всю марк шейдерскую службу в подчинение руководству горных предпри ятий. Такой она осталась и к настоящему времени, сохранив досто инства и недостатки данного решения. Следующий Всесоюзный форум маркшейдеров (Всесоюзное на учно-техническое совещание) состоялся лишь в 1956 г. в г. Ленин граде. После этого совещания было введено в действие "Положе ние о маркшейдерской службе" всей горно-добывающей промыш ленности страны. Были проведены мероприятия по улучшению со стояния маркшейдерской службы в части снабжения предприятий новыми приборами отечественного и зарубежного производства, организации наблюдений за сдвижением земной поверхности и горных пород, а также улучшения маркшейдерской графической
документации. Наступили годы интенсивного повышения качества маркшейдерских работ. В доперестроечный период в нашей стране деятельность марк шейдерской службы горных предприятий регламентировалась Ти повым Положением о ведомственной маркшейдерской службе, ко торое было утверждено постановлением Совета Министров СССР от 27 октября 1981 г. № 1040. В этом Положении были четко опре делены задачи, права и обязанности маркшейдерской службы всех уровней: министерства, ведомства и предприятия, организации, учреждения. Даже краткий перечень функций маркшейдерской службы гор ного предприятия указывает на ее масштабную роль в обеспечении процессов недропользования: • производство съемок горных выработок и земной поверх ности; • определение наиболее рациональных и эффективных схем развития горных работ; • перенесение в натуру геометрических элементов проектов горных выработок, зданий и коммуникаций, границ безо пасного ведения горных работ, барьерных и предохрани тельных целиков; • периодический контроль за соблюдением установленных со отношений геометрических элементов технических соору жений во время их эксплуатации; • организация и проведение инструментальных наблюдений за процессами сдвижения горных пород, проявлениями гор ного давления, деформаций земной поверхности, зданий и сооружений, за устойчивостью уступов, бортов карьеров и отвалов; • разработка норм потерь и разубоживания полезных иско паемых при их добыче; • определение и учет объемов выполнения горных и строительно-монтажных работ, в том числе объемов добычи и потерь полезных ископаемых и полноты отработки запасов полезных ископаемых и др. Успехи в развитии и совершенствовании маркшейдерского дела в Советском Союзе во многом определялись тем, что маркшейдер ские службы в горно-добывающих и горно-строительных мини
стерствах и на предприятиях возглавлялись энергичными и высо кокомпетентными специалистами. Маркшейдерскую службу в Министерстве угольной промыш ленности СССР в разные годы возглавляли Е.Е. Блоха, Л.А. Крику нов, Г.М. Кныш, Ф.М. Маевский, А.М. Навитний. В Министерстве цветной металлургии СССР маркшейдерской службой руководили А.А. Добровольский и Н.В. Симаков. В Министерстве черной металлургии СССР маркшейдерскую службу возглавляли J1.T. Зеркин, Н.Г. Почтенных, К. П. Николаев. Главным маркшейдером Министерства по производству мине ральных удобрений СССР в течение многих лет являлся В.М. Ми щенко, а главным маркшейдером Министерства нефтяной про мышленности СССР ^ В.Г. Сова. Маркшейдерскую службу в Госстрое СССР возглавлял А.П. Старицын, в Союзгидроспецстрое Минэнерго СССР - В.А. Жилкин, в Минатомэнергопроме СССР - В.Н. Кротов, А.А. Алексеев, в Минтяжстрое СССР - В.Г. Янковский, в Минстройматериалов СССР Ю.Б. Панкевич. Крупными специалистами была укомплектована маркшейдер ская служба угольной промышленности страны. Маркшейдерской службой в Министерстве угольной промышленности Украины ру ководили И.А. Левченко и А.И. Сошенко. В Кузнецком угольном бассейне долгие годы успешно трудился Л.А. Западинский, в Кара гандинском бассейне - И.А. Рудой и В.М. Мамров, в Челябинском бассейне - С.П. Михеев и В.М. Дроздов, в Печорском бассейне Добрица и Рениченко, в Эстонском сланцевом бассейне - М.П. Ко жухов и Г.П. Грудинов. На предприятиях цветной металлургии и алмазодобывающей промышленности большим авторитетом пользуются Б.Л. Макаров (Норильский горно-металлургический комбинат) и М.В. Ганченко (АК "Алроса"). Значительный вклад в укрепление маркшейдерской службы в горно-химической промышленности внесли главный маркшейдер объединения "Белоруськалий" И.С. Невельсон, главные маркшей деры объединения "Апатит" B.C. Кожин и Е.В. Ивановский и мно гие другие специалисты. Нельзя не отметить значительный вклад в организацию марк шейдерской службы в стране, правовом и нормативном закрепле нии ее задач, обязанностей и ответственности специалистов Госу
дарственного горного и промышленного надзора СССР и России Я.З. Рашковского, З.И. Поляка, М.П. Васильчука, И.В. Горбачева, B.C. Зимича, В.В. Грицкова, М.Г. Козаченко. Таким образом, рассматривая маркшейдерию как составную часть недропользования, ее на современном этапе развития науки и техники можно определить как систему измерений, наблюдений и контроля недропользования, проводимых с целью своевременного получения достоверной информации о деятельности недропользо вателя по освоению ресурсов недр и процессах, возникающих в не драх и на земной поверхности в результате этой деятельности, отражения этой информации в маркшейдерской документации (полевой, вычислительной и графической), использования ее для принятия обоснованных технических решений и реализации их в практике недропользования. Эти решения должны обеспечить полное и комплексное исполь зование ресурсов недр, промышленную и экологическую безопас ность недропользования. * 1.3. МАРКШЕЙДЕРИЯ - УЧЕБНАЯ ДИСЦИПЛИНА В СИСТЕМЕ ПОДГОТОВКИ КАДРОВ ДЛЯ НЕДРОПОЛЬЗОВАНИЯ тветственные задачи, стоящие перед маркшейдерской служ бой на всех этапах ее развития, предъявляли высокие требова ния к квалификации работников маркшейдерской службы и учеб но-методической литературе для подготовки кадров. В 1556 г. был опубликован труд выдающегося немецкого учено го Г. Агриколы, который он посвятил вопросам съемки подземных горных выработок с помощью компаса и решению некоторых гео метрических задач, возникающих при разработке месторождений полезных ископаемых. Придавая большое значение маркшейдер скому делу, автор писал: "Горняки измеряют горную толщу для того, чтобы владельцы рудников могли заблаговременно сделать расчеты, и для того, чтобы их рудокопы не проникали в чужие рудничные поля. Маркшейдер измеряет еще не пройденное рас стояние между устьем штольни и шахтным стволом, достигшим уровня штольни, или между устьем шахтного ствола и штольней, которая пройдет до места, расположенного пол стволом, или между
О
стволом и штольней, когда штольня еще не доведена до ствола или ствол еще не настолько глубок, чтобы встретиться со штольней. Маркшейдер также определяет в штольнях и других выработках границы, точно соответствующие границам отвода, установленным бергмейстером на поверхности. Оба рода измерений основаны на измерении треугольников". Первой в России работой по маркшейдерскому делу явился труд М.В. Ломоносова "Первые основания металлургии или рудных тел", изданный в 1763 г. В пятой главе этого труда "Об измерении рудников" М.В. Ломоносов излагает производство съемок с помо щью висячей буссоли, квадранта, мерных жезлов, а также методику составления планов горных работ и решения основных геометри ческих задач, возникающих в горном деле. Следует отметить, что эти труды и ряд последующих работ имели большое значение не только в научном плане, но по существу явились первыми учебны ми пособиями для обучения маркшейдерских кадров. В 1805 г. А.И. Максимович опубликовал книгу "Практическая подземная геометрия" - первое на русском языке руководство (учебник) по маркшейдерскому искусству. Русский ученый П.А. Олышев (1817-1896) более 30 лет преподавал маркшейдерское и горное искусство в Петербургском горном институте и в 1847 г. издал книгу "Маркшейдерское искусство". Несколько позже в Германии выходят в свет работы Ю. Вейсбаха "Новое маркшейдерское ис кусство" (1851) и Н. Борхерса "Практическое маркшейдерское ис кусство" (1869). Проф. П.К. Соболевский впервые в России в 1904 г. в Томском вузе организовал подготовку инженеров по маркшей дерской специальности. В 1905 г. проф. Петербургского горного института В.И. Бауман (1867-1923) опубликовал "Курс маркшей дерского искусства" в 3-х томах, который в течение почти четверти века являлся лучшим учебником по маркшейдерскому делу. В 1932 г. ближайший ученик и последователь В.И. Баумана проф. Ленинград ского горного института, чл.-корр. АН СССР И.М. Бахурин опубли ковал учебник "Курс маркшейдерского искусства - специальная часть". Позднее И.М. Бахуриным были созданы "Сдвижение горных пород под влиянием горных разработок" (1946) и "Курс маркшейдер ского дела. Часть 2" (1949). В эти же годы публикуется большое количество учебников по маркшейдерскому делу, созданных различными школами специалистов-маркшейдеров:
• ленинградской - под руководством проф. Д.А. Казаковского и проф. И.Н. Ушакова; • донецкой —под руководством проф. Д.Н. Оглоблина; • уральской - под руководством проф. M.JL Рудакова; • московской - под руководством проф. П.К. Соболевского, проф. П.А. Рыжова и проф. Ф.Ф. Павлова, их учеников и последователей, создавших ряд высококачественных учеб ников и учебных пособий. Таким образом, маркшейдерия (маркшейдерское дело) как учеб ная дисциплина имеет более чем двухсотлетнюю историю, что весьма положительно сказалось на количестве и качестве подго товки кадров маркшейдеров и благоприятно повлияло на развитие недропользования в нашей стране и за рубежом.
1.4. МАРКШЕЙДЕРИЯ - НАУЧНАЯ ДИСЦИПЛИНА В СИСТЕМЕ ГОРНЫХ НАУК юро Отделения геологии, геофизики, геохимии и горных наук ^Российской академии наук в 1997 г. утвердило новую класси фикацию горных наук. В соответствии с этим решением данная классификация должна стать основной методической базой при проведении исследований во всех областях горных наук, в учебно педагогическом процессе, а также при разработке проектных и нормативных материалов. Современное естественно-научное содержание и методология горных наук раскрываются авторами классификации как система знаний о закономерностях и способах комплексного и экологиче ски безопасного освоения и сохранения недр на основе постоянно го технологического воспроизведения их ресурсов и нового функ ционального назначения. Все горные науки авторами классификации разделены на 4 группы: горное недроведение, горная системология, геотехнология и обогащение полезных ископаемых. В группу "Горное недроведение" включены следующие науки: горно-промышленная геология, геометрия и квалиметрия недр, геомеханика, разрушение горных пород, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика. Они объединены общей идеей - выявить закономерности техногеннной эволюции недр. Только после этого, по мнению авторов, можно
Б
будет судить о базе георесурсов для промышленности, получить представление о состоянии недр и оценить степень комплексности их освоения, сохранения и динамики возможных целенаправлен ных воздействий. Как следует из вышеприведенного перечня, маркшейдерия не вошла в него в качестве самостоятельной научной дисциплины. Такой подход авторов классификации представляется нам спорным по следующим причинам: 1. Исследования в области маркшейдерии имеют многолетнюю историю. Проф. Г.А. Тиме (1831-1910) провел обширные исследования, посвященные разработке методики и оценке точности соедини тельных съемок. Проф. П.М. Леонтовский (1872-1921) разработал "Проект орга низации работ по систематическому исследованию рудничных об рушений и оседаний пород и дневной поверхности и их последствий в Донецком и Криворожском бассейнах" (1912). Очень ценные рабо ты проведены П.М. Леонтовским по стратометрии - методам заме ров отклонений разведочных скважин от вертикального направле ния. Большое значение для последующего развития маркшейдерии имели работы П.М. Леонтовского по автоматическим способам вер тикальных съемок, зеркальным способам ориентировок и др. Проф. В.И. Бауман (1867-1923) в своих исследованиях уделил большое внимание оценке точности и уравниванию маркшейдер ских съемок, а также организации маркшейдерской службы, что в те годы имело большое научное и практическое значение. Проф. И.М. Бахурин (1880-1940) провел фундаментальные ис следования по вопросам приложения теории ошибок и способа наименьших квадратов к решению маркшейдерских задач и ориен тировок подземных съемок. Проф. П.К. Соболевский (1868-1949) в своих исследованиях ус тановил исторические этапы эволюции маркшейдерской службы горно-рудного производства, определил современную (для того времени) сущность маркшейдерского искусства, дал оценку работы маркшейдера и ее значения для горно-рудного производства. Об ширные исследования проведены им как в области решения важ нейших задач маркшейдерского дела, так и в необходимых для маркшейдера смежных науках - геодезии, геофизике, астрономии, теории ошибок измерений и маркшейдерско-геодезических прибо
ров. П.К. Соболевский разработал оригинальные методы и прибо ры для геометрического ориентирования шахт и измерения глуби ны стволов, деформатограф для автоматической регистрации про цесса деформации масссива горных пород, палетку для подсчета запасов, полевой компаратор. Исходя из требований горного про изводства и геологической разведки, ввел в маркшейдерскую прак тику третью координату и создал новую научную дисциплину геометрию и геометризацию недр. Обширные исследования в области теории и методов маркшей дерских работ проводились и проводятся во Всесоюзном научноисследовательском институте горной геомеханики и маркшейдер ского дела (ВНИМИ). В институте разработан и изготовлен ряд образцов горных тео долитов и нивелиров, гирокомпасов для ориентирования подзем ных съемок. Значительный вклад внес институт в разработку тех нических требований и инструктивно-методической базы для про ведения маркшейдерских работ, в том числе в создание Инструк ции по производству маркшейдерских работ. Таким образом, можно констатировать, что за прошедшие годы в нашей стране созданы теоретические и методические основы маркшейдерского дела. Анализ многочисленных определений сущности маркшейдерии, приведенных выше, показывает, что практически все они рассмат ривают маркшейдерское дело как отрасль горной науки и техни ки. Важно отметить при этом, что часть определений маркшейдер ского дела как отрасли горной науки дана специалистами других отраслей знаний, что свидетельствует об общественном признании маркшейдерского дела как науки в нашей стране и за рубежом. Итак, что же такое наука в ее современном понимании? Принято считать, что наука - это сфера человеческой деятельности, функци ей которой является выработка и теоретическая систематизация объективных знаний о действительности. Составными элементами каждой науки являются: • предмет исследований, т.е. четко ограниченная часть объ ективного мира; • цель исследований, т.е. описание предмета, объяснение яв лений взаимодействия между частями, составляющими предмет исследования, предсказание процессов на основе открываемых ею законов, зависимостей;
• метод (методика) исследований; • содержание (результаты) исследований. Обзор исторического развития и современного состояния марк шейдерии (маркшейдерского дела) свидетельствует о том, что дан ная отрасль знаний является составной частью горных наук и пол ностью сформировалась в самостоятельную науку с конкретным предметом исследований, целью, методологией и содержанием ис следований. Предметом исследований маркшейдерии как науки являются условия освоения, использования и охраны ресурсов недр Земли и окружающей среды в процессе недропользования. Целью маркшейдерии как науки является создание теорий, ги потез и методов, позволяющих: • оперативно и надежно получить информацию о пространственно-временном положении того или иного элемента недропользования (положении горной выработки, природ ного или промышленного объекта на земной поверхности, состоянии массива горных пород и пр.); • отразить эту информацию в графической и (или) аналити ческой форме, пригодной для принятия обоснованных тех нических решений в области недропользования; • обеспечить реализацию этих решений в практике недро пользования; • обеспечить эффективный контроль соответствия принятых технических решений действующим нормативным актам и техническим требованиям. Методы маркшейдерских исследований основываются на исполь зовании методов математики, физики и других наук и применяются при решении конкретных задач, которые ставятся перед маркшей дерией научно-техническим прогрессом в недропользовании. Вот лишь некоторые из них: • теория погрешностей маркшейдерских измерений; • теория и методы ориентирования подземных горных выра боток в пространстве; • методы подсчета объемов выполненных работ в недро пользовании; • методы определения, учета и нормирования количествен ных и качественных потерь полезного ископаемого в про цессе эксплуатации месторождений;
• методы контроля строительства горно-технологических ком плексов на поверхности и в недрах и пр. Содержание маркшейдерии как науки можно разделить на три части. В первую часть входят теории и основанные на них методы, по зволяющие получить объективную информацию о пространствен но-временном положении элементов недропользования и отразить ее в маркшейдерской документации. Во вторую часть входят теории и основанные на них методы, позволяющие обеспечить научно обоснованный прогноз изменения недропользования в пространстве и во времени. Во третью часть входят теории и основанные на них методы, позволяющие реализовать в практике недропользования принятые технические решения и обеспечить контроль их соответствия уста новленному порядку недропользования. Таким образом, имеются все основания считать маркшейдерию (маркшейдерское дело) самостоятельной горной наукой, и соответ ствующий раздел горного недроведения в вышеупомянутой клас сификации горных наук должен выглядеть следующим образом: маркшейдерия, геометрия и квалиметрия недр. Маркшейдерия в своих научных основах, методах и средствах изучения объектов недропользования и конечных целях выпол нения маркшейдерских работ тесно взаимодействует с другими научными дисциплинами и, в первую очередь, с горными науками (рис. 1.1). Связь между маркшейдерией и горно-промышленной геологией проявляется в следующем. Как известно, горно-промышленная геология представляет собой совокупность знаний о процессах, протекающих в геологической среде при техногенном воздействии на недра и закономерностях изменения при этом свойств георесур сов. Методы наблюдений и измерений, применяющиеся в марк шейдерии, позволяют получить достоверную информацию о зако номерностях этих изменений. Кроме того, все количественные оценки состояния и движения запасов полезных ископаемых, опре деления, учета и нормирования количественных и качественных потерь выполняются на основе геолого-маркшейдерской информа ции. Геологическая информация используется в маркшейдерии для прогноза влияния недропользования на состояние природных и промышленных объектов„
Рис. 1.1. Связь маркшейдерии с другими научными дисциплинами
Связь между маркшейдерией, геометрией недр и новым науч ным направлением - квалиметрией недр проявляется в следующем. Как известно, геометрия недр изучает пространственно-геомет рические закономерности форм и залегания природных объектов, расположения горных сооружений, размещения в недрах свойств георесурсов и показателей их качества. Под квалиметрией понима ется область знаний, изучающая качество георесурсов, находящих ся в природном состоянии, и закономерности его изменения в про цессе комплексного освоения и сохранения недр. Из приведенных определений следует, что предметы исследований этих двух на правлений, а также и маркшейдерии достаточно близки между со бой. Количественные оценки показателей, исследуемых геометри ей и квалиметрией недр, базируются в основном на результатах маркшейдерских измерений и наблюдений. Маркшейдерия тесно взаимодействует с еще одной научной дисциплиной, входящей в группу "Горное недроведение”, - гео механикой. Это взаимодействие основано на том, что в задачи маркшейдерской службы горных предприятий входят организация и проведение инструментальных наблюдений за процессами сдви жения горных пород, деформациями горных выработок, устойчи вым состоянием конструктивных элементов систем разработки, деформациями земной поверхности, зданий и сооружений, за ус
тойчивостью уступов, бортов карьеров и откосов отвалов. А ведь именно деформации горных пород и силы, вызывающие эти де формации, и являются предметом геомеханики как науки. К тому же между маркшейдерией и геомеханикой существуют не только прямые (как было показано выше), но и обратные связи, поскольку именно маркшейдерская служба обязана перенести в натуру гео метрические элементы запроектированных барьерных и предохра нительных целиков. Связь между маркшейдерией и горными науками, объединен ными в группу "Геотехнология", заключается в следующем. Из вышеприведенной классификации следует, что геотехнология - это комплекс горных наук об извлечении полезных ископаемых из недр и водоемов или использовании георесурсов тех видов, утили зация которых не предполагает их извлечения (например, подзем ные полости). Объединяющей идеей группы горных наук "Геотехнология" является выявление научных предпосылок для техниче ских решений, расширяющих и углубляющих возможности горных предприятий и преобразования недр в целом. Применение в гео технологии информации, полученной маркшейдерскими методами, позволяет научно обосновать и реализовать на практике наиболее эффективные технические решения. Из числа научных дисциплин, не входящих в горные науки, маркшейдерия тесно взаимодействует с геодезией, теорией по грешностей измерений и горным правом. Как известно, геодезией называется наука об измерениях на земной поверхности, производимых с целью составления планов и карт, а также для решения различных научных и практических за дач. Геодезия решает или участвует в решении многих задач при кладного характера, возникающих при проектировании, строитель стве и эксплуатации различных объектов народного хозяйства, в том числе и горно-промышленных объектов (шахт, рудников, карь еров и др.). Геодезия очень тесно связана с маркшейдерским делом. При освоении ресурсов недр необходимо предварительно иметь топографические планы и карты, т.е. ту топографическую основу, на которую наносят проектируемые объекты и по которой произ водится геодезическая подготовка исходных данных для выноса проекта на местность. Кроме того, при проведении маркшейдер ских измерений и наблюдений часто используются приборы и ме тоды, применяемые в геодезии.
Теория погрешностей измерений основана на законах теории вероятности и математической статистики и изучает закономерно сти возникновения и накопления погрешностей измерений. Естест венно, что практика маркшейдерского дела тесно связана с выпол нением различного рода измерений. Эти измерения проводятся по существу на всех стадиях освоения ресурсов недр, являются осно вой для изучения количественной стороны процессов и явлений, возникающих при этом, и неизбежно сопровождаются погрешно стями. Теория погрешностей измерений позволяет определить из результатов измерений: • наиболее вероятные значения измеренных величин; • средние квадратические ошибки вероятнейших значений из меренных величин; • средние квадратические ошибки любых функций вероят нейших значений измеренных величин. Поэтому применение теории погрешностей измерений в марк шейдерском деле позволяет обеспечить необходимую точность ре зультатов. Под горным правом понимается совокупность установленных государством правовых норм, регулирующих общественные отно шения в области изучения, использования и охраны недр, в том числе: геологическое изучение недр, добыча полезных ископаемых, строительство и эксплуатация сооружений, не связанных с добы чей полезных ископаемых. Одной из задач маркшейдерской служ бы является осуществление ведомственного контроля за соблюде нием требований российского законодательства о недрах и недро пользовании. Поэтому инструктивные и методические документы, регулирующие деятельность маркшейдерской службы, ее права и обязанности, основываются на нормах горного права. Проведенный краткий анализ показывает, что маркшейдерия, являясь самостоятельной горной наукой, тесно взаимодействует с другими областями знаний. 1.5. ПРАВОВОЕ ПОЛОЖЕНИЕ МАРКШЕЙДЕРСКОЙ СЛУЖБЫ В РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ (ПРАВА, ОБЯЗАННОСТИ, ОТВЕТСТВЕННОСТЬ)
З
а последние годы правовое положение маркшейдерской служ бы в нашей стране существенно осложнилось, поскольку в За
коне РФ "О недрах" отсутствуют статьи, четко регламентирующие деятельность маркшейдерской службы. Деятельности маркшейдер ской службы посвящены лишь статьи 22 и 24. В соответствии со статьей 22 пользователь недр обязан обеспечить ведение маркшей дерской документации и ее сохранность в процессе всех видов пользования недрами. Статья 24 предусматривает в качестве ос новных требований по обеспечению безопасного ведения работ, связанных с пользованием недрами, "проведение маркшейдерских и иных наблюдений, достаточных для обеспечения нормального технологического цикла работ и прогнозирования опасных ситуа ций, своевременное определение и нанесение на планы горных ра бот опасных зон". Вместе с тем "производство маркшейдерских работ при пользовании недрами" включено в Перечень видов деятельности, связанных с повышенной опасностью промышленных производств (объектов) и работ, а также с обеспечением безопасности при поль зовании недрами, на проведение которых выдается специальное разрешение (лицензия) органами Федерального горного и про мышленного надзора России, а "маркшейдерские и геологические работы при разработке месторождений полезных ископаемых и при использовании недр в целях, не связанных с добычей полезных ископаемых, в том числе отработанных горных выработок и есте ственных подземных полостей для использования в народном хо зяйстве", включены в Перечень предприятий (организаций), произ водств, объектов и работ, надзор за которыми осуществляют орга ны Федерального горного и промышленного надзора России. Оба этих Перечня утверждены Указом Президента Российской Федера ции от 18 февраля 1993 г. № 234. Постановлением Госгортехнадзора России от 22 мая 2001 г. № 18 утверждено "Положение о геологическом и маркшейдерском обес печении промышленной безопасности и охраны недр". В этом Положении определены: • требования к осуществлению геологического и маркшей дерского обеспечения промышленной безопасности и ох раны недр; • функции служб главного геолога и главного маркшейдера; • требования к составлению положений о геологическом и маркшейдерском обеспечении промышленной безопасно сти и охраны недр.
Как указано в Положении, деятельность маркшейдерской службы осуществляется в соответствии с условиями лицензий на производ ство маркшейдерских работ и является составной частью производ ственного контроля за соблюдением требований промышленной безопасности и системы управления промышленной безопасностью. Она должна быть направлена на обеспечение эффективности произ водства и промышленной безопасности, предупреждение нерацио нального использования недр и нарушений требований по их охране. Главный маркшейдер организации обеспечивает: • ежегодное планирование работы маркшейдерской службы в соответствии с годовым планом развития горных работ и установленными требованиями; • проведение в пределах своей компетенции проверок соот ветствия фактического и планового ведения горных работ, соблюдение технических проектов и технологической дис циплины, параметров горных выработок и состояния цели ков, выполнение указаний работников маркшейдерской службы; • участие маркшейдерской службы в разработке планов ме роприятий по обеспечению промышленной безопасности и охраны недр и техническом расследовании причин аварий, инцидентов и несчастных случаев, приемку маркшейдер ских, топографо-геодезических, землеустроительных и иных работ, выполняемых сторонними организациями на дого ворной основе; • передачу данной документации соответствующим органи зациям, являющимся правопреемниками реорганизуемых организаций по добыче полезных ископаемых, а при лик видации и консервации организаций —в соответствующий архив субъекта РФ. В функции службы главного маркшейдера в соответствии с этим Положением входят: • участие в осуществлении контроля за соблюдением требо ваний Закона РФ "О недрах", Федерального закона "О промышленной безопасности опасных производственных объектов", иных федеральных законов и нормативных пра вовых актов; • своевременное и качественное проведение предусмотрен ного нормативными требованиями комплекса маркшейдер-
•
•
•
•
•
•
•
ских работ, достаточных для обеспечения безопасного ве дения работ, связанных с пользованием недрами, наиболее полного извлечения из недр запасов полезных ископаемых, обеспечения технологического цикла горных, строительно монтажных и иных видов работ, а также для прогнозиро вания опасных ситуаций при ведении таких работ; выполнение условий лицензий на пользование недрами, а также соблюдение условий лицензий на производство марк шейдерских работ и условий ведения геологических работ, лицензий на эксплуатацию горных производств и объектов; определение и своевременное нанесение на горно-графи ческую документацию опасных зон возможного прорыва воды и газа в действующие выработки, зон повышенного горного давления, газодинамических проявлений, выбро сов и горных ударов; контроль за выполнением мероприятий по безопасному ве дению горных работ в опасных зонах, охране зданий, сооружений и природных объектов от вредного влияния гор ных разработок, охране окружающей природной среды; контроль за соблюдением проектов организаций по добыче полезных ископаемых и строительству подземных соору жений, не связанных с добычей полезных ископаемых, планов развития горных работ, технологических схем раз работки месторождений нефти, газа и подземных вод и иной проектной и технической документации; своевременное и качественное маркшейдерское обеспече ние работ при проектировании, строительстве, реконст рукции, консервации или ликвидации объектов по добыче полезных ископаемых, подземных сооружений, не связан ных с добычей полезных ископаемых; контроль за правильностью разработки месторождений по лезных ископаемых, включая техногенные, охраной недр, рациональным и комплексным их использованием; ведение мониторинга состояния недр, включая процессы сдвижения горных пород и земной поверхности, геомеханических и геодинамических процессов при недропользо вании в целях предотвращения вредного влияния горных разработок на горные выработки, объекты поверхности и окружающую природную среду;
• обоснование нормативов потерь и разубоживания полезных ископаемых при их добыче и др. Необходимо отметить, что это Положение является единствен ным современным документом общероссийского уровня, регла ментирующим деятельность маркшейдерской службы. В связи с ликвидацией в стране отраслевых горно-добывающих министерств отсутствуют соответствующие Положения, регламен тирующие деятельность предприятий данной отрасли. В настоящее время только в Министерстве энергетики РФ согласовано с Госгор технадзором России (июнь 1998 г.) и утверждено Приказом по Минэнерго (сентябрь 1998 г.) Отраслевое положение о маркшей дерской службе в угольной промышленности. В этом Положении определено, что главными задачами марк шейдерской службы Минэнерго России являются: • своевременное и высококачественное осуществление ком плекса маркшейдерских работ и документации, обеспечи вающих наиболее полное и комплексное освоение уголь ных месторождений; • совершенствование организации и методов ведения марк шейдерских работ н& основе широкого внедрения новей ших достижений науки и техники, передового отечествен ного и зарубежного опыта; • строгое соблюдение государственных интересов (собствен ника недр) при пользовании недрами. В Положении определены права и обязанности маркшейдерской службы Минэнерго и маркшейдерских служб акционерных об ществ, предприятий и организаций. В соответствии с пунктом 18 Положения руководитель маркшейдерской службы акционерного общества, предприятия, учреждения имеет право: • давать руководителям участков цехов и других подразде лений предприятия обязательные для исполнения указа ния по вопросам маркшейдерского обеспечения работ, а также об устранении нарушений требований законода тельства о недрах, программ развития горных работ, дру гой утвержденной проектной и технической документации в целях предотвращения сверхнормативных потерь полез ных ископаемых и недопущения других нарушений, нано сящих ущерб государственным интересам (собственнику недр);
• приостанавливать работы по строительству и реконструк ции предприятий по добыче полезных ископаемых, если проведение этих работ может повлечь за собой порчу ме сторождений полезных ископаемых, опасность деформа ции горных выработок, прорыв в горные выработки воды и вредных газов и возникновение других аварийных ситуа ций, незамедлительно ставя об этом в известность руково дителя предприятия, вышестоящую организацию по под чинению и органы Госгортехнадзора России; • браковать горные работы, выполненные с отступлениями от программ развития горных работ и утвержденной про ектной и технической документации; • представлять руководителю акционерного общества, пред приятия, учреждения предложения о поощрении работ ников за рациональное использование недр и высококаче ственное выполнение маркшейдерских работ, а также о наложении в установленном порядке на работников взы сканий за нарушение требований законодательства о нед рах и утвержденной проектной и технической документа ции. В случае получения от руководителя акционерного общества, предприятия учреждения распоряжения, противоречащего требо ваниям законодательства о недрах, руководитель маркшейдерской службы обязан письменно уведомить этого руководителя о непра вильности данного им распоряжения. При подтверждении распо ряжения руководитель маркшейдерской службы исполняет его, если это не несет непосредственной угрозы жизни и здоровью ра ботающих и населению, незамедлительно сообщая об этом выше стоящей организации. В соответствии с п. 19 Положения руководитель маркшейдер ской службы (в том числе, осуществляющий работы на сервисной основе) наряду с руководителями акционерного общества, пред приятия, учреждения несет ответственность за достоверность от четных данных акционерного общества, предприятия, учреждения о полноте извлечения из недр запасов полезных ископаемых, пра вильности подготовки исходных данных для исчисления платежей за право пользования недрами, маркшейдерской документации по учету объемов выполненных работ, а также других документов, связанных с деятельностью маркшейдерской службы.
В соответствии с п. 21 Положения государственный контроль за организацией работы маркшейдерской службы и соблюдением нормативных требований при выполнении маркшейдерских работ при проектировании, строительстве, эксплуатации, консервации и ликвидации угледобывающих акционерных обществ и предпри ятий осуществляют органы Госгортехнадзора России. 4 июня 2002 г. было подписано Постановление Правительства РФ № 382 "О лицензировании деятельности в области промышлен ной безопасности опасных производственных объектов и произ водства маркшейдерских работ". Этим Постановлением было, в частности, утверждено Положение о лицензировании деятельности по производству маркшейдерских работ. Данное Положение определяет порядок лицензирования произ водства маркшейдерских работ, осуществляемых на территории Российской Федерации юридическими лицами и индивидуальными предпринимателями. Производство маркшейдерских работ в соответствии с Положе нием включает: а) пространственно-геометрические измерения горных разрабо ток и подземных сооружений, определение их параметров, место положения и соответствия проектной документации; б) наблюдения за состоянием горных отводов и обоснование их границ; в) ведение горной графической документации; г) учет и обоснование объемов горных разработок; д) определение опасных зон и мер охраны горных разработок, зданий, сооружений и природных объектов от воздействия работ, связанных с пользованием недрами. Лицензирование производства маркшейдерских работ осущест вляется Федеральным горным и промышленным надзором России (далее именуется - лицензирующий орган). Лицензионными требованиями и условиями при производстве маркшейдерских работ являются: а) наличие в штате юридического лица работников, имеющих высшее профессиональное образование по специальности "марк шейдерское дело" и стаж работы по производству маркшейдерских работ не менее 3 лет; наличие у индивидуального предпринимателя высшего профессионального образования по специальности "марк
шейдерское дело” и стажа работы по производству маркшейдер ских работ не менее 5 лет; б) наличие у лицензиата принадлежащих ему на праве собст венности или на ином законном основании зданий, помещений, приборов и инструментов, необходимых для осуществления лицен зируемой деятельности; в) повышение не реже 1 раза в 3 года квалификации индивиду ального предпринимателя и работников юридического лица, осу ществляющих производство маркшейдерских работ; г) выполнение требований законодательства Российской Феде рации, соответствующих государственных стандартов и норматив но-технических документов в области производства маркшейдер ских работ и горного дела; д) метрологическое обслуживание приборов и инструментов, используемых при маркшейдерских съемках; е) наличие системы контроля за качеством выполняемых работ. Лицензия на осуществление деятельности по производству маркшейдерских работ предоставляется на 5 лет. Срок действия лицензии может быть продлен по заявлению лицензиата в порядке, предусмотренном для переоформления лицензии. Контроль за соблюдением лицензиатом лицензионных требова ний и условий осуществляется на основании предписания руково дителя лицензирующего органа, в котором определяются лицензи ат, срок проведения проверки, должностное лицо или состав ко миссии, осуществляющие проверку. Лицензирующий орган при проведении лицензирования руко водствуется Федеральным законом "О лицензировании отдельных видов деятельности” и настоящим Положением. Проведение маркшейдерских работ в настоящее время регла ментируется Инструкцией по производству маркшейдерских работ, разработанной Всесоюзным научно-исследовательским институтом горной геомеханики и маркшейдерского дела и утвержденной Гос гортехнадзором СССР 20 февраля 1985 г. Инструкция является обязательной для всех министерств, ведомств, предприятий, орга низаций и учреждений, осуществляющих проектирование и строи тельство предприятий по добыче твердых полезных ископаемых и нефти шахтным способом, разработку и доразведку месторожде ний указанных полезных ископаемых, а также проектирование, строительство и эксплуатацию подземных сооружений, не связан
ных с добычей полезных ископаемых, или пользующихся недрами в иных целях. В Инструкции изложены технические требования и указания по построению маркшейдерских опорных и съемочных сетей; съемке горных выработок при открытом и подземном способах разработ ки; маркшейдерским работам при строительстве (реконструкции) предприятий по добыче полезных ископаемых, монтаже и эксплуа тации подъемно-транспортного оборудования; составлению и ве дению маркшейдерской документации. Необходимо отметить, что составление и ведение маркшейдер ской документации подпадает под действие двух Федеральных за конов. Во-первых, в ст. 22 Закона РФ "О недрах'* указано, что пользо ватель недр обязан обеспечить ведение геологической, маркшей дерской и иной документации в процессе всех видов пользования недрами и ее сохранность. Во-вторых, поскольку маркшейдерская документация является информационным ресурсом, она попадает под действие правовых норм Федерального закона "Об информа ции, информатизации и защите информации", подписанного Пре зидентом РФ 20 февраля 1995 г. (№ 24-ФЗ). В ст. 6 этого Закона указано, что информационные ресурсы мо гут быть государственными и негосударственными и как элемент состава имущества находятся в собственности граждан, органов государственной власти, органов местного самоуправления, орга низаций и общественных объединений. Отношения по поводу пра ва собственности на информационные ресурсы регулируются граж данским законодательством Российской Федерации. В этой статье также установлено, что информационные ресурсы могут быть то варом, за исключением случаев, предусмотренных законодательст вом Российской Федерации, а собственник этих ресурсов пользует ся всеми правами, предусмотренными законодательством Россий ской Федерации. Этот Закон способствует значительному повышению ценности маркшейдерской документации, придавая ей в определенных усло виях статус товара.
2. НОРМАТИВНЫЕ ПРАВОВЫЕ ОСНОВЫ НЕДРОПОЛЬЗОВАНИЯ
ВВЕДЕНИЕ
В
Основном Законе нашей страны Конституции РФ (статья 9) указано, что "земля и другие природные ресурсы используются и охраняются в Российской Федерации как основа жизни и дея тельности народов, проживающих на соответствующей террито рии". Среди природных ресурсов недра занимают особое место, поскольку они обладают большим количеством весьма ценных ре сурсов. В соответствии с определением понятия "недра", вошедшим в Закон РФ "О недрах", под недрами понимается "часть земной коры, расположенная ниже почвенного слоя, а при его отсутствии - ниже земной поверхности и дна водоемов и водостоков, и простираю щаяся до глубин, доступных для геологического изучения и освое ния". Принято считать, что ресурсы недр (георесурсы) - это твер дые, жидкие и газообразные полезные ископаемые, энергетические ресурсы и полости естественного и техногенного происхождения в массиве горных пород, а деятельность человека по изучению, использованию и охране ресурсов недр называется недропользова нием. В общеправовом классификаторе отраслей законодательства России законодательство о недрах выделено в качестве самостоя тельной отрасли. Классификатор отрасли включает следующие разделы: • общие вопросы охраны и использования недр; • управление в области использования и охраны недр, кон троль за охраной и использованием недр; • государственный фонд недр, государственный кадастр ме сторождений и проявлений полезных ископаемых; • собственность на недра; • пользование недрами, виды пользования недрами, основ ные права и обязанности пользователей недр, плата при
пользование недрами, конкурсы и аукционы на пользова ние недрами; • охрана недр; • государственная экспертиза запасов полезных ископаемых; • ответственность за нарушение законодательства о недрах. Современное законодательство РФ о недрах основывается на Конституции РФ и состоит из федеральных законов "О недрах11 (утвержден в 1992 г., изменения и дополнения внесены в 1995, 1999 и 2000 гг.), "О континентальном шельфе" (1995 г.), "О согла шениях о разделе продукции'1 (утвержден в 1995 г., изменения и дополнения внесены в 1998 г.), "О государственном регулировании в области добычи и использования угля, об особенностях социаль ной защиты работников организаций угольной промышленности (1996 г.), а также Положения о порядке лицензирования пользова ния недрами, утвержденного Постановлением Верховного Совета РФ в 1992 г. Кроме того, имеется большое число подзаконных нормативных правовых актов, изданных органами государственной власти, зако нов и подзаконных нормативных правовых актов субъектов РФ. В этих правовых актах заложены новые принципы недропользо вания, в большей степени соответствующие рыночной экономике, которая строится в нашей стране: • отнесение вопросов владения, пользования и распоряжения недрами в совместное ведение РФ и субъектов РФ; • предоставление недр в пользование на основе лицензий на определенный период; • платность пользования недрами; • право собственности инвестора на произведенную продук цию (добытое и переработанное минеральное сырье). Для реализации указанных принципов эффективного и безопас ного недропользования необходимо обеспечить: • государственный контроль и надзор за рациональным ис пользованием и охраной недр; • государственный контроль и надзор за промышленной без опасностью недропользования; • государственный контроль и надзор за экологической безо пасностью недропользования; • правовое регулирование условий предоставления геологи ческого, горного и земельного отводов;
• правовое регулирование платежей за пользование недрами; • ответственность за нарушение законодательства о недро пользовании; • аудит недропользования. 2.1. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОНТРОЛЬ И НАДЗОР ЗА РАЦИОНАЛЬНЫМ ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ И ОХРАНОЙ НЕДР
П
од рациональным использованием недр понимают систему ме роприятий научного, производственно-технического и органи зационного характера, обеспечивающих полное и комплексное ис пользование ресурсов недр для удовлетворения материальных и духовных потребностей общества. Рациональное использование недр - комплексная проблема, и ее решают в следующих направле ниях: геологическом, горно-техническом, технологическом, эконо мическом и организационном. Законом РФ "О недрах" предъявляются следующие требования в геологическом направлении (статья 23): • обеспечение полноты геологического изучения недр; • проведение опережающего геологического изучения недр, обеспечивающего достоверную оценку запасов полезных ископаемых или свойств участка недр, предоставленного в пользование в целях, не связанных с добычей полезных ис копаемых; • проведение государственной экспертизы и государственно го учета запасов полезных ископаемых, а также участков недр, используемых в целях, не связанных с добычей по лезных ископаемых. Для выполнения этих требований необходимо проводить со вершенствование методов разведки и подсчета запасов полезных ископаемых (в первую очередь, в действующих горно-промышлен ных регионах), изучение вещественного состава полезных иско паемых и вмещающих пород, геолого-технологическое картирова ние, разработку научно обоснованных методов прогноза инженер но-геологических и гидрогеологических условий эксплуатации ме сторождений. Требования Закона РФ "О недрах" в рамках горно-техничес кого направления включают (статья 23):
• обеспечение наиболее полного извлечения из недр запасов основных и совместно с ними залегающих полезных иско паемых и попутных компонентов; • достоверный учет извлекаемых и оставляемых в недрах за пасов основных и совместно с ними залегающих полезных ископаемых и попутных компонентов при разработке ме сторождений полезных ископаемых. Для выполнения этих требований необходимо проведение работ с созданием новой и совершенствованием существующей техники и технологии разработки месторождений, обеспечивающих повы шение полноты и качества извлечения полезных ископаемых из недр. Законом РФ "О недрах" предъявляются следующие требования в технологическом направлении (статья 23-3): • строгое соблюдение технологических схем переработки ми нерального сырья, обеспечивающих полное и комплексное извлечение содержащихся в нем полезных компонентов; учет и контроль распределения полезных компонентов на различных стадиях переработки и степени их извлечения из минерального сырья; • дальнейшее изучение технологических свойств и состава минерального сырья, проведение опытных технологиче ских испытаний с целью совершенствования технологий переработки минерального сырья; • наиболее полное использование продуктов и отходов пере работки; складирование, учет и сохранение временно не используемых продуктов и отходов производства, содер жащих полезные компоненты. Для выполнения этих требований необходимо, в первую оче редь, создавать новые и совершенствовать существующие техноло гические процессы переработки минерального сырья, позволяющие наиболее эффективно извлекать все содержащиеся в нем полезные компоненты, вовлекать в переработку бедные и забалансовые ру ды, утилизировать вмещающие породы и отходы производства. Законом РФ "О недрах” установлены следующие требования в экономическом отношении (статья 23-1): государственное регули рование отношений недропользования и решение задач развития минерально-сырьевой базы осуществляются с использованием геолого-экономической и стоимостной оценок месторождений полез
ных ископаемых и участков недр. Методики геолого-экономической и стоимостной оценок месторождений полезных ископаемых и участков недр по видам полезных ископаемых утверждаются феде ральным органом управления государственным фондом недр. По нятие стоимостной оценки месторождений и участков недр являет ся принципиально новым в российском законодательстве о недрах. Однако редакция статьи 23-1 является неудачной по двум причи нам: во-первых, необходимо было указать цель проведения стои мостной оценки, а во-вторых, в соответствии со статьей 20 Феде рального закона "Об оценочной деятельности в Российской Феде рации" от 29 июля 1998 г. № 135 субъекты оценочной деятельности должны использовать не методики, а стандарты, разрабатываемые и утверждаемые Правительством Российской Федерации. Ряд авторов подчеркивает необходимость повышения роли стоимостной оценки запасов месторождения, что позволит более широко применять рыночные механизмы в недропользовании, а именно: • запасы полезных ископаемых необходимо учитывать не только в натуральном выражении (тоннах, кубических мет рах), но и давать им стоимостную оценку; • рыночные котировки акций горно-добывающих компаний должны зависеть как от объема находящихся в их распоря жении запасов полезных ископаемых, так и от эффективно сти этих запасов (их стоимостной оценки); • акции российских компаний (в частности, нефтегазовых) существенно недооценены против того уровня, на который можно было бы рассчитывать исходя из объема и качества имеющихся запасов полезных ископаемых. В дополнение к этим требованиям необходимо разработать эко номический механизм управления (т.е. систему мероприятий по планированию и стимулированию) полным и комплексным исполь зованием ресурсов недр в условиях перехода к рыночной экономи ке. Хотя в Законе РФ "О недрах" не содержится непосредственных требований в рамках организационного направления работ по ра циональному использованию недр, эти работы, тем не менее, необ ходимо выполнять, в первую очередь для того, чтобы обеспечить успешную реализацию требований Закона в рамках других выше перечисленных направлений.
К числу таких работ следует отнести создание законодательной и налоговой базы, стимулирующей: • увеличение объемов геолого-разведочных работ в освоен ных промышленных регионах, так как продление срока дея тельности предприятий имеет большое социальное и эко номическое значение. Поэтому темпы прироста запасов по горно-промышленным регионам должны быть существенно выше темпов освоения новых минерально-сырьевых баз; • пересмотр действующих и экономическое обоснование но вых потребительских стандартов на минеральное сырье. Впервые понятие охраны недр было дано в Горном положении Союза ССР (ст. 128), утвержденном в 1921 г. и определяющем ох рану недр как наблюдение за надлежащим применением горнопро мышленниками: а) технических методов и способов горных работ в соответствии с геологическим строением месторождений, их особенностями и характером залегания пород и ископаемых (геологический кон троль); б) правил, касающихся технической правильности и техниче ской целесообразности горных работ, в целях достижения наиболее полного использования месторождений полезных ископаемых (тех нический контроль); в) правил, касающихся съемки подземных и наземных горных выработок, составления маркшейдерских планов, проверки этих планов путем контрольной съемки выработок, а также производст ва триангуляционных работ (маркшейдерское дело и маркшейдер ский контроль). Изданное в период, когда в разведке и промышленной разработ ке месторождений полезных ископаемых участвовали частные ли ца, Горное положение Союза ССР охраняло недра в первую оче редь от возможных злоупотреблений этим правом со стороны ча стных лиц. В настоящее время под охраной недр понимают систе му производственно-технических, экономических и административно-правовых мероприятий, обеспечивающих соблюдение уста новленного порядка пользования недрами при их геологическом изучении, добыче полезных ископаемых, строительстве и эксплуа тации подземных сооружений, захоронении промышленных стоков и отходов производства и удовлетворении иных государственных и общественных потребностей. Такая трактовка этого понятия непо
средственно вытекает из Закона РФ "О недрах”. Основные требо вания по охране недр, сформулированные в статье 23 Закона РФ "О недрах'1, включают: • охрану месторождений полезных ископаемых от затопле ния, обводнения, пожаров и других факторов, снижающих качество полезных ископаемых и промышленную ценность месторождений или осложняющих их разработку; • предотвращение загрязнения недр при проведении работ, связанных с пользованием недрами, особенно при подзем ном хранении нефти, газа или иных веществ и материалов, захоронении вредных веществ и отходов производства, сброса сточных вод; • соблюдение установленного порядка консервации и ликви дации предприятий по добыче полезных ископаемых и под земных сооружений, не связанных с добычей полезных ис копаемых; • предупреждение самовольной застройки земельных участ ков, расположенных на месторождении полезных ископае мых, и соблюдение установленного порядка использования этих площадей в иных целях; • предотвращение накопления промышленных и бытовых от ходов на площадях водосбора и в местах залегания подзем ных вод, используемых для питьевого или промышленного водоснабжения. Законом предусмотрено ограничение, приостановление или пре кращение права пользования недрами в случае нарушения требова ний по охране недр, приведенных в статье 23. В статьях 25 и 25-1 Закона РФ "О недрах" установлены право вые нормы, регулирующие условия застройки площадей залегания полезных ископаемых и условия землепользования площадей зале гания полезных ископаемых: 1. Проектирование и строительство населенных пунктов, про мышленных комплексов и других хозяйственных объектов разре шается только после получения заключения федерального органа управления государственным фондом недр или его территориаль ного подразделения о том, что в недрах под участком предстоящей застройки отсутствуют полезные ископаемые. 2. Застройка площадей залегания полезных ископаемых, а также размещение в местах их залегания подземных сооружений (в том
числе не связанных с добычей полезных ископаемых) допускаются с разрешения федерального органа управления государственным фондом недр или его территориальных подразделений и органов государственного горного надзора только при условии обеспечения возможности извлечения полезных ископаемых или доказанности экономической целесообразности застройки. Самовольная застройка площадей залегания полезных ископае мых прекращается без возмещения застройщику производственных затрат по рекультивации земель и демонтажу возведенных объек тов. 3. Отчуждение (постоянное или временное) земельных участков, необходимых для проведения геологического изучения и использо вания в интересах государства, может производиться при выполне нии следующих условий: • наличии решения федеральных органов исполнительной власти или органов исполнительной власти субъектов РФ (в соответствии с разделением их полномочий) об отчуж дении данных участков; • возмещении собственникам указанных участков их стоимо сти в соответствии с земельным законодательством.
2.2. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОНТРОЛЬ И НАДЗОР ЗА ПРОМЫШЛЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТЬЮ НЕДРОПОЛЬЗОВАНИЯ 1997 г. Президентом РФ подписан Федеральный закон "О про мышленной безопасности опасных производственных объек тов", который определяет правовые, экономические и социальные основы обеспечения безопасной эксплуатации опасных производ ственных объектов и направлен на предупреждение аварий на опасных производственных объектах и обеспечение готовности организаций, эксплуатирующих опасные производственные объ екты, к локализации и ликвидации последствий указанных ава рий. В данном законе используются такие понятия, как промышлен ная безопасность опасных производственных объектов - состояние защищенности жизненно важных интересов личности и общества от аварий на опасных производственных объектах и последствий
В
указанных аварий и авария - разрушение сооружений и (или) тех нических устройств, применяемых на опасном производственном объекте, неконтролируемый взрыв и (или) выброс опасных ве ществ. В соответствии с этим законом к опасным производственным объектам относятся предприятия или их цехи, участки, площадки, а также иные производственные объекты, на которых ведутся горные работы, работы по обогащению полезных ископаемых, а также ра боты в подземных условиях. В статье 24 Закона РФ "О недрах" указано, что пользование нед рами допускается только при выполнении требований по обеспече нию безопасности жизни и здоровья работников предприятий, свя занных с пользованием недрами, и населения в зоне влияния этих работ. Эти требования включают, в частности, разработку и прове дение комплекса мероприятий, обеспечивающих нормальный тех нологический цикл работ, охрану работников предприятий, веду щих работы, связанные с пользованием недрами, и населения в зо не влияния указанных работ от их вредного воздействия при нор мальном режиме проведения этих работ и возникновении аварий ных ситуаций. К таким мероприятиям относятся: проведение комплекса геоло гических, маркшейдерских и иных работ с целью прогнозирования опасных ситуаций и предварительного нанесения на планы горных работ опасных зон; прогнозирование и предупреждение внезапных выбросов газов, прорывов воды, проявлений горных ударов, управ ление деформационными процессами в массиве горных пород. Основы государственного надзора за безопасным ведением ра бот, связанных с пользованием недрами, изложены в статье 38 За кона РФ "О недрах". В ней указано, что задачей государственного надзора за безо пасным ведением работ, связанных с пользованием недрами, явля ется обеспечение соблюдения всеми пользователями недр законо дательства, утвержденных в установленном порядке стандартов (норм, правил) по безопасному ведению работ, предупреждению и устранению их вредного влияния на население, окружающую при родную среду, здания и сооружения, а также по охране недр. Государственный надзор за безопасным ведением работ, связан ных с пользованием недрами, возлагается на органы государствен ного горного надзора. Органы государственного горного надзора
осуществляют свою деятельность во взаимодействии с органами государственного геологического контроля, природоохранными и иными контрольными органами, профессиональными союзами. Полномочия органов государственного горного надзора, права, обязанности и порядок работы определяются положением, утвер ждаемым Правительством Российской Федерации.
2.3. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОНТРОЛЬ И НАДЗОР ЗА ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТЬЮ НЕДРОПОЛЬЗОВАНИЯ татья 42 Конституции РФ подтверждает право граждан России на благоприятную окружающую среду, достоверную информа цию о ее состоянии и на возмещение ущерба, причиненного их здоровью или имуществу экологическим правонарушением. Со гласно статье 72 (пункты "в" и "д") в совместном ведении Россий ской Федерации и субъектов Российской Федерации находятся во просы владения, пользования и распоряжения землей, недрами, водными и другими природными ресурсами, а также природополь зования, охраны окружающей среды и обеспечения экологической безопасности особо охраняемых природных территорий и др. На базе основного Закона нашей страны в России принят ряд за конодательных актов, регулирующих как общие вопросы охраны окружающей природной среды, так и вопросы пользования отдель ными видами природных ресурсов. 10 января 2002 г. Президентом РФ был подписан Федеральный закон "Об охране окружающей среды", который определил право вые основы государственной политики, в области охраны окру жающей среды, обеспечивающие сбалансированное решение соци ально-экономических задач, сохранение благоприятной окружаю щей среды, биологического разнообразия и природных ресурсов в целях удовлетворения потребностей нынешнего и будущих поко лений, укрепления правопорядка в области охраны окружающей среды и обеспечения экологической безопасности. Кроме того, был принят еще ряд законодательных актов РФ, регулирующих исполь зование и охрану других видов природных ресурсов. К сожалению, в Законе РФ "О недрах" очень слабо реализован принцип минимизации ущерба, наносимого окружающей среде при
С
пользовании недрами. Для выполнения этого принципа должна быть переработана статья 35 Закона, в которой рассматриваются задачи государственного регулирования отношений недропользо вания, поскольку в этой статье отсутствует задача снижения воз действия на окружающую среду при пользовании недрами.
2.4. ПРАВОВОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ УСЛОВИЙ ПРЕДОСТАВЛЕНИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКОГО, ГОРНОГО И ЗЕМЕЛЬНОГО ОТВОДОВ соответствии с Законом РФ "О недрах" (статья 7) под геоло гическим отводом понимается участок недр, предоставленный в соответствии с лицензией для геологического изучения без суще ственного нарушения целостности недр (без проходки тяжелых горных выработок и бурения скважин для добычи полезных иско паемых или строительства подземных сооружений для целей, не связанных с добычей полезных ископаемых). Геологический отвод предоставляется по решению федерального органа управления го сударственным фондом недр или его территориального подразде ления. В соответствии с Законом РФ "О недрах" (статья 7) под горным отводом понимается участок недр, предоставленный в виде геометризованного блока недр в соответствии с лицензией для добычи полезных ископаемых, строительства и эксплуатации подземных сооружений, не связанных с добычей полезных ископаемых, и об разования особо охраняемых геологических объектов. Предвари тельные границы горного отвода устанавливаются при предостав лении лицензии на пользование недрами. После разработки техни ческого проекта, получения на него положительного заключения государственной экспертизы, согласования указанного проекта с органами государственного горного надзора и государственными органами охраны окружающей среды документы, определяющие уточненные границы горного отвода (с характерными разрезами и ведомостью координат угловых точек) включаются в лицензию в качестве неотъемлемой составной части. В соответствии со статьей 11 Закона РФ "О недрах" лицензии на пользование недрами предоставляются только после получения предварительного согласия органа управления земельными ресур
В
сами (либо собственника земли) на отвод соответствующего зе мельного участка для целей недропользования. Под земельным от водом понимается земельный участок, предоставляемый после по лучения горного отвода для проведения работ, связанных с пользо ванием недрами. Отвод земельного участка в окончательных гра ницах и оформление земельных прав пользователя недр осуществ ляется в порядке, предусмотренном земельным законодательством после утверждения проекта работ по недропользованию. Общая площадь земельных участков, используемых предприятием за весь срок его существования, составляет общий земельный отвод. В хо де строительства, эксплуатации и реконструкции предприятия ве личина земельного отвода может изменяться как в сторону увели чения при получении в пользование новых земель, так и в сторону уменьшения при возвращении землепользователем неиспользован ных и рекультивированных площадей и земельных участков, на добность в которых миновала.
2.5. ПРАВОВОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ПЛАТЕЖЕЙ ЗА ПОЛЬЗОВАНИЕ НЕДРАМИ аконом РФ "О недрах" (раздел V) предусмотрено платное поль зование ресурсами недр. Все платежи, предусмотренные этим Законом, могут быть раз делены на две группы: • платежи, не зависящие от вида пользования недрами; • платежи, зависящие от вида пользования недрами. В первую группу входят: сбор (бонус) за участие в конкурсе и выдачу лицензии, плата за право пользования геологической ин формацией, плата за пользование земельным участком. Вторая группа включает: платежи за право поиска и оценки ме сторождений полезных ископаемых, платежи за право разведки месторождений полезных ископаемых, платежи за право добычи полезных ископаемых, акцизные сборы, платежи за право пользо вания недрами в целях, не связанных с добычей полезных ископае мых, платежи за право пользования акваторией и участками мор ского дна. Размеры платежей за добычу полезных ископаемых определя ются с учетом вида полезного ископаемого, количества и качества
З
его запасов, природно-географических, горно-технических и эконо мических условий освоения месторождения, степени риска. Порядок и условия взимания платежей за пользование недрами, критерии определения размеров ставок платежей устанавливаются Правительством Российской Федерации. Окончательные размеры этих платежей устанавливаются при предоставлении лицензии на пользование недрами.
2.6. ОТВЕТСТВЕННОСТЬ ЗА НАРУШЕНИЕ ЗАКОНОДАТЕЛЬСТВА О НЕДРОПОЛЬЗОВАНИИ законодательстве о недрах имеется ряд правовых норм, преду сматривающих уголовную и административную ответствен ность за нарушение законодательства и механизм возмещения вре да, причиненного пользователю недр или государству в процессе недропользования. В частности, привлекаются к ответственности лица, виновные: • в предоставлении лицензий на пользование недрами по ос нованиям, не предусмотренным законодательством; • в нарушении установленного законодательством порядка поль зования недрами; • в самовольной застройке площадей залегания полезных ис копаемых; • в систематическом нарушении порядка внесения платы за поль зование недрами и по иным основаниям. В статье 51 Закона РФ "О недрах" указано, что вред, причинен ный государству в результате деятельности пользователя недр, ви новного в выборочной отработке богатых участков месторождений полезных ископаемых, а также иных действиях, которые привели к порче месторождения или созданию условий, частично или полно стью исключающих возможность дальнейшего пользования недра ми, подлежит возмещению за счет собственных средств пользова теля недр. В ряде статей Уголовного Кодекса Российской Федерации, который вступил в действие с 1 января 1997 г., предусмотрены осно вания и мера ответственности за нарушение правил безопасности при ведении горных работ, а также правил охраны и использования недр.
В
2.7. ПОНЯТИЕ ОБ АУДИТЕ НЕДРОПОЛЬЗОВАНИЯ аконом РФ "О недрах" предусмотрено 6 видов пользования нед рами: • региональное геологическое изучение и другие работы, на правленные на общее геологическое изучение недр; • геологическое изучение, включающее поиски и оценку ме сторождений полезных ископаемых; • разведка и добыча полезных ископаемых, в том числе ис пользование отходов горно-добывающих и связанных с ним перерабатывающих производств; • строительство и эксплуатация подземных сооружений, не связанных с добычей полезных ископаемых; • образование особо охраняемых геологических объектов; • сбор минералогических, палеонтологических и других гео логических коллекционных материалов. Естественно, что аудит предприятий, занимающихся этими видами пользования недрами, имеет свои характерные особенно сти. В этой связи представляется целесообразным более подроб но рассмотреть сущность горного аудита и стоящие перед ним задачи. Горный аудит как новое направление в горной науке и практи ке возник относительно недавно. Под горным аудитом понимается процесс (процедура) проверки достоверности технической отчет ности горного предприятия и соответствия его деятельности суще ствующим нормативным правовым актам и техническим требова ниям, а также разработка рекомендаций по устранению нарушений, вскрытых в результате этой проверки. Необходимость в создании службы горного аудита обусловлена тем, что в настоящее время в стране контроль за соблюдением ус ловий пользования недрами, определенных лицензией на право до бычи полезных ископаемых, осуществляют только органы Феде рального горного и промышленного надзора и государственного геологического контроля, полномочия, права, обязанности и поря док работы которых определяются положением, утверждаемым Правительством РФ. Вместе с тем особенности горных предпри ятий, даже расположенных в границах одного горного округа, тре буют индивидуального подхода к оценке их деятельности и при влечения к этой работе высококлассных специалистов, которые не
З
всегда имеются в штатах этих достаточно малочисленных органи заций. Для того, чтобы при проверке полностью охватить все аспекты деятельности горного предприятия, используются соответствую щие критерии, т.е. система количественных и качественных пока зателей, характеризующих деятельность горного предприятия, по которым их техническая отчетность и фактическое состояние под лежат (в полном объеме или частично) аудиту. Эти критерии объе динены в 4 группы. Для проверки деятельности горных предпри ятий, добывающих твердые полезные ископаемые, эти критерии выглядят следующим образом. Первая группа включает критерии, по которым проверяются общие аспекты деятельности горного предприятия: • изучение лицензии на право пользования недрами, выдан ной горному предприятию; • проверка лицензий на виды деятельности, связанные с по вышенной опасностью горного производства, обеспечени ем безопасности при пользовании недрами и другими ви дами деятельности, на осуществление которых требуется лицензия в соответствии со статьей 17 Федерального Зако на "О лицензировании отдельных видов деятельности" (№ 158-ФЗ от 25 сентября 1998 г.); • проверка документации о предоставлении горному пред приятию горного отвода и его фактического состояния; • проверка документации о предоставлении горному пред приятию земельного отвода и его фактического состоя ния; • проверка документации и фактического состояния с за стройкой площадей залегания полезных ископаемых; • оценка технического проекта горного предприятия, провер ка соответствия фактического положения горных работ на предприятии плану развития горных работ и техническому проекту; • проверка указаний геологической и маркшейдерской служб горного предприятия, контрольных и надзорных органов об устранении ранее вскрытых нарушений. Во вторую группу отнесены критерии, по которым проверяется деятельность горного предприятия, связанная с рациональным использованием минеральных ресурсов и охраной недр:
• анализ состояния минерально-сырьевой базы горного пред приятия и его обеспеченности разведанными запасами по лезных ископаемых; • проверка технической отчетности горного предприятия и фактического положения, связанных с определением и уче том объемов добычи полезных ископаемых, их количест венных и качественных потерь, объемов вскрышных и под готовительных работ; • проверка технической отчетности горного предприятия и фактического положения, связанных с учетом состояния и движения запасов и их списанием; • проверка технической отчетности горного предприятия и фактического положения, связанных с сохранностью по путно добываемых, временно не используемых полезных ископаемых и отходов производства, содержащих полезные компоненты. В третью группу входят критерии, по которым проверяется эко логическая безопасность горного предприятия: • проверка выполнения мероприятий, разработанных горным предприятием на основе данных горно-экологического мо ниторинга; • проверка технической документации горного предприятия и фактического положения, связанных с выполнением пла нов рекультивационных работ. Четвертая группа охватывает критерии, относящиеся к про мышленной безопасности горного предприятия: • проверка наличия и выполнения мероприятий, обеспечи вающих безопасность горных работ и земной поверхности при сдвижении горных пород; • проверка наличия и выполнения мероприятий, обеспечи вающих безопасность горных работ в опасных зонах; • проверка наличия и выполнения мероприятий по обеспече нию устойчивости уступов, бортов карьеров и отвалов; • проверка наличия и выполнения мероприятий по обеспече нию безопасного состояния горных выработок. Результаты проведенного горного аудита отражаются в ауди торском заключении. Аудиторское заключение - это официаль ный документ, составляемый по результатам горного аудита и со
держащий общие выводы о достоверности технической докумен тации горного предприятия и соответствия его деятельности суще ствующим нормативным правовым актам и техническим требова ниям. В аудиторское заключение, помимо рекомендаций по устра нению нарушений, вскрытых 6 процессе проверки, по просьбе гор ного предприятия могут быть включены предложения по совер шенствованию его деятельности. Горный аудит может быть прове ден как самостоятельно, так и в рамках общего аудита горного предприятия. Горный аудит может применяться для проверки деятельности: • рентабельных горных предприятий; • предприятий, не способных удовлетворить требования кре диторов по денежным обязательствам и (или) исполнить обязанности по уплате обязательных платежей, если соот ветствующие обязательства и (или) обязанности не испол нены ими в течение трех месяцев с момента наступления даты их исполнения, т.е. имеющих признаки банкротства; • горных предприятий, намеченных по тем или иным причи нам (не обязательно экономического характера) к консер вации или ликвидации. Содержание горного аудита во всех перечисленных случаях может быть различным. Горный аудит представляет собой определенный вид предпри нимательской деятельности. Им имеют право заниматься физиче ские лица - горные аудиторы и юридические лица - горно-ауди торские фирмы независимо от форм собственности, в том числе иностранные и созданные совместно с иностранными юридиче скими и физическими лицами. Права и обязанности горно-ауди торских фирм и горных аудиторов должны регулироваться специ альным Положением, утвержденным в установленном порядке. Однако в соответствии с Федеральным законом "О лицензировании отдельных видов деятельности" (№ 158-ФЗ от 25 сентября 1998 г.) аудиторская деятельность относится к видам деятельности, на осуществление которых требуется лицензия. Горные аудиторы должны обладать глубокими знаниями в области геологии, техно логии горных работ, экономики, горной экологии, горного права и особенно маркшейдерского дела, поскольку основное содержание горно-аудиторской деятельности, как было показано выше, связано с маркшейдерским обеспечением горных работ. Но все эти предпо
лагаемые требования для получения права заниматься горно-ауди торской деятельностью должны быть подтверждены в установлен ном порядке. Внедрение в практику недропользования такой формы контроля состояния сырьевой базы горного предприятия и его производст венной деятельности, как горный аудит и его правовое закрепле ние, позволит более успешно развивать минерально-сырьевой ком плекс страны в условиях ее перехода к рыночной экономике.
3. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МАРКШЕЙДЕРСКИХ СЪЕМКАХ
3.1. СРЕДСТВА ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ МАРКШЕЙДЕРСКИХ РАБОТ
И
нструкция по производству маркшейдерских работ устанавли вает примерный перечень маркшейдерско-геодезических ин струментов и приборов, который может быть разделен на две груп пы: • маркшейдерско-геодезические инструменты и приборы для полевых работ; • инструменты и приборы для камеральной обработки съе мок и графических работ. В первую группу входят: • приборы для угловых измерений и тахеометрической съем ки (теодолиты и тахеометры), приборы для линейных изме рений (светодальномеры, рулетки и др.); • вспомогательные приборы, приспособления и устройства для линейных и угловых измерений и съемок (приборы центрировочные, отвесы, динамометры и пр.); • приборы и устройства для нивелирования (нивелиры раз личной точности); • приборы и оборудование для ориентирования и центриро вания маркшейдерской опорной сети в подземных горных выработках (гирокомпасы, стальная проволока, лебедки, блоки, центрировочные пластины и пр.); • приборы для передачи высотной отметки через вертикаль ные горные выработки (длиномеры, длинные шахтные ленты); • приборы для съемки нарезных выработок и очистных забо ев (угломеры, висячая буссоль и др.); • приборы для задания направления выработкам (лазерные указатели направлений).
Кроме того, к первой группе следует отнести и спутниковые инерциальные приборы, сущность и условия применения которых будут рассмотрены ниже. Во вторую группу входят приборы и инструменты: • для вычислений; • для графических работ и подсчета объемов; • для размножения графической документации.
3.2. ПРИМЕНЕНИЕ СПУТНИКОВЫХ НАВИГАЦИОННЫХ И ИНЕРЦИАЛЬНЫХ СИСТЕМ В МАРКШЕЙДЕРИИ 3.2.1. МОБИЛЬНЫЕ СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА МАРКШЕЙДЕРСКИХ РАБОТ
радиционные геодезическо-маркшейдерские работы на основе угловых, линейных, азимутальных и нивелирных измерений не могут оперативно решать задачи обеспечения потребителей пара метрами, характеризующими местоположение и ориентировку в пространстве. Точность и сроки доведения до потребителей пла новых координат, азимутов (дирекционных углов) и высот точек и специальных пунктов в районах действующих и строящихся объектов горно-добывающей отрасли в конечном счете обуслов ливают своевременное определение параметров смещения поверх ности и горных пород, деформации подземных выработок и обо рудования. В настоящее время в передовых странах мира разрабатывают и внедряют в практику автоматизированные системы геодезическомаркшейдерских измерений. Как правило, подобные системы соз даются на основе результатов научно-технического прогресса в области высшей геодезии, астрономии, маркшейдерии, измеритель ной прецезионной техники, электронно-вычислительных средств, математики, программирования и освоения космоса. В настоящее время разработаны принципиально новые техниче ские средства - спутниковые (космические) навигационные и гео дезические системы, а также инерциальные навигационные и гео дезические комплексы, являющиеся автономными системами оп ределения геодезических параметров при решении практически всех научных и прикладных задач геодезическо-маркшейдерского
Т
IM S
Рис. 3.1. Трехмерное лазерное сканирование обеспечения. К мобильным технологиям производства маркшей дерских, геодезических и картографических работ следует отнести и трехмерное лазерное сканирование, являющееся дальнейшим раз витием принципа безотражательных дальномеров (рис. 3.1), тре бующего использования на борту носителя как GPS (глобальной системы местоопределения), так и инерциальной системы. Космической геодезией называется раздел геодезической науки, в котором изучаются вопросы использования наблюдений искусст венных и естественных спутников Земли и планет для решения на учных и практических задач геодезии. Однако подавляющее боль шинство данных задач решается на основе теории движения искус ственных спутников Земли (ИСЗ) в околоземном пространстве. По этому правомочно также называть космическую геодезию спутни ковой, как это делается в большинстве научных трудов. Спутниковая геодезия является самым новым и наиболее быст ро развивающимся разделом высшей геодезии. Она использует весь арсенал измерительных средств, предоставляемых современ ной физикой и техникой, а обработка результатов измерений ввиду огромного количества информации, поступающей от современных измерительных средств, возможна сейчас только с использованием мощных ЭВМ.
Датой возникновения спутниковой геодезии можно считать 4 октября 1957 г., когда первый советский ИСЗ открыл космическую эру в истории человечества и уже первые фотографии спутников на фоне звездного неба использовались для решения геодезических задач. Для геодезическо-маркшейдерской практики наибольший инте рес представляет сфера прикладных задач, решаемых с помощью спутников, а именно оперативные и высокоточные определения координат пунктов при создании, сгущении опорных и специаль ных геодезических сетей, точек местности для решения различных горно-геологических и геофизических задач и других практических приложений. Подобные задачи решаются благодаря созданию глобальных спутниковых навигационных систем (СНС) типа "Навстар" (США) и "Глонасс" (РФ). Первоначальное назначение СНС - обеспечение военных потре бителей, т.к. оперативность, глобальность и универсальность задач, решаемых на основе СНС, необходимы именно для топогеодезического обеспечения различных видов вооруженных сил, однако быстрый прогресс в области радиотехнических спутниковых мето дов измерений, электронно-вычислительной техники привели к использованию спутниковой технологии в гражданской сфере. К 1990 г. появились серийные портативные приемники спутниковой информации GPS "Навстар", обеспечивающие новую эру в разви тии геодезии и навигации в многочисленных сферах их приложе ния. Одним из существенных факторов, обеспечивающих надеж ность и эффективность спутниковой технологии в геодезическомаркшейдерских работах, является высокий уровень интеграции международного сообщества в этой области. 3.2.2. ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ГЛОБАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ МЕСТООПРЕДЕЛЕНИЯ
К
ак отмечалось выше, развитие компьютерной техники и радио электроники, а также вывод на орбиту искусственных спутни ков Земли позволили разработать прогрессивные высокоточные методы определения координат фиксируемых точек на земной по верхности, основанные на работе глобальных систем местоопреде-
Показатели
GPS
Тлонасс"
Количество активных спутников Время обращения спутника Склонение Передача орбитальных данных один раз Синхронизация времени
24
24
12 ч 54° в 1ч
11 ч 15 мин 65° в 55 мин
UTC (США)
UTC (Россия)
ления. Эти системы, создававшиеся для военных целей, в послед нее время находят все большее применение в различных отраслях промышленности многих стран мира. Глобальные системы местоопределения на настоящий момент времени представлены двумя видами: Тлонасс" (Россия) и "Нав стар11 (США). Отечественная система Тлонасс", предназначенная для мирных целей, находится в стадии завершения и должна вклю чать 24 искусственных спутника Земли. Баллистическое построе ние и тактико-технические данные системы весьма близки к соот ветствующим характеристикам американской системы "Навстар", функционирующей в полном объеме уже несколько лет (табл. 3.1). Уровень развития приемников спутниковой информации определя ет точность фиксирования координат точек на земной поверхности, что характеризует состояние внедрения и эффективности спутни ковой технологии. В ранцевом исполнении аппаратура потребителей системы Тлонасс" весит 5-10 кг и рассчитана на различные условия приме нения. В России серийно выпускается хорошо зарекомендовавший себя спутниковый навигационный приемоиндикатор А-72-4М-01. Координаты с его помощью в абсолютном режиме определяются с точностью 16-21 м. Для пунктов, удаленных от 10 до 100 км от ис ходного пункта, при сеансах наблюдения до 2-3 ч можно получить точность взаимного положения 1,5-2,5 м. Приемоиндикатор рабо тает по закрытому коду, является одноканальным, одночастотным. Потребляемая мощность приемоиндикатора - 180 Вт, масса - 27,5 кг, стоимость около 1 млн руб. Ведутся работы по созданию шестика нального геодезического приемоиндикатора "Репер", основанного на использовании радиосигналов спутников систем Тлонасс" и "Навстар" одновременно. При длительных наблюдениях это обес-
& о jS®
< 3 S' S vg Й
о
г-
VO
•Л
m
m
о
& 1 г -Ё о
1 >К S3 s Д х
s
§2 /Л -
Р-Ч
Эта взаимосвязь, наряду с условием Ф(/о; Q) = 0, достаточна, чтобы показать, что f d (/; Q) и Ф(/; Q) несут одну и ту же информа цию. Подобно доплеровскому сдвигу, полная фазовая функция мо жет быть рассчитана для любого значения. Местоположение опре деляется регистрацией принятой фазовой функции и затем нахож дением значения Q> для которого рассчитанная на компьютере фа зовая функция наиболее близко совпадает с реально наблюденной фазовой функцией.
Рис. 3.5. Зависимость фазовой функции от расположения приемоин дикатора: 1 - возрастание частоты; 2 - незначительный доплеровский сдвиг; 3 снижение частоты
Исходя из того, что фазовая функция зависит от расположения Q, получаем зависимость фазовой функции от расположения прие моиндикатора (рис. 3.5). Приемоиндикатор, находящийся в пози ции Q\ на рис. 3.5, будет испытывать эффект доплеровского сни жения частоты по мере того, как расстояние до спутника будет воз растать в интервале времени от /0 ДО h- Следовательно, наклон, принимаемый на позиции £>з, будет испытывать эффект доплеров ского возрастания частоты, потому что расстояние до спутника уменьшается, в этом случае наклон фазовой функции положитель ный. Фазовая функция для приемоиндикатора в позиции Q2 имеет почти нулевой наклон, потому что расстояние до спутника почти постоянно в интервале времени от /0 до t\ и результирующий доплеровский сдвиг незначителен. Простой алгоритм местоположения: выбрать Q так, чтобы на блюденная фазовая функция Ф (/; Q) совпадала с функцией, рас считанной на компьютере. Рассмотренные возможности спутниковых навигационных сис тем соответствуют требованиям к точности определения координат фиксируемых точек, совокупность которых отражает пространст венное положение отдельных элементов ресурсов литосферы. На основании этого представляется обоснованным внедрение методов спутниковых навигационных систем для целей маркшей дерского обеспечения недропользования. 3.2.4. ОСНОВЫ ПРОИЗВОДСТВА МАРКШЕЙДЕРСКИХ РАБОТ СПУТНИКОВЫМИ ПРИБОРАМИ
ехнология производства работ с использованием GPS включает два основных этапа: во-первых, определение координат точек, фиксирующих геометрические параметры объектов, и, во-вторых, составление графической документации на этой основе. Рассмот ренные в предыдущих параграфах принцип работы и характери стика GPS показывают, что организация работ наземных сегментов с различными приемниками в основном мало чем отличается друг от друга. Одночастотный приемоиндикатор имеет относительно низкую стоимость, а также точность определения координат фик сируемых точек, удовлетворяющих действующим требованиям. Комплект аппаратуры используется в режиме навигации и диф ференциальном режиме. Режимы отличаются друг от друга мето диками и точностью полученных координат.
Т
Режим навигации предполагает автономное использование при бора. При этом достигается точность около 15 м. Результаты на блюдения, полученные в этом режиме, могут быть обработаны при помощи программных средств, что повышает точность навигаци онных измерений до 1 м. Более высокая точность может быть достигнута при использова нии дифференциального режима, когда по меньшей мере два приемоиндикатора принимают сигналы одной группы спутников. Один приемник располагается на пункте с известными координатами, дру гой - на точке, координаты которой необходимо определить. Диф ференциальные измерения могут вестись в нескольких режимах: • статика; • быстрая статика; • "стою/иду" и др. Статическая съемка идеальна для больших расстояний и для дос тижения наиболее высокой точности при наличии не менее четырех спутников. При ее использовании наблюдения следует проводить в течение одного часа, а для длинных линий - два и более часов. На коротких расстояниях, при достаточном количестве спутников (более четырех) и их хорошей геометрии возможно получение высо ких точностей при относительно коротком времени наблюдения. При этом один приемник устанавливается на опорном пункте ("базовая11 станция), а другой приемник перемещается с одного неизвестного пункта на другой, с выполнением необходимых наблюдений ("пере движная" станция). Мобильный приемник находится на каждой точке около 15-20 мин. В то же время "базовая" станция непрерывно осу ществляет прием и фиксирование информации, получаемой от спут ников. Такая съемка получила название "быстрая статика". Съемка "стою/иду" позволяет отнаблюдать большое количество точек. Первоначально "передвижная" станция располагается на первой точке и находится на ней, пока не будет набрано количест во данных, достаточное для разрешения многозначности (период инициализации). "Передвижную" станцию можно перемещать от точки к точке, при этом поддерживая слежение за сигналами спут ников. Режим идеально подходит для съемки в небольших облас тях, где точки расположены близко одна от другой и где нет пре пятствий для прохождения сигналов спутников. Дифференциальные фазовые измерения позволяют достигать точности от 5 до 30 мм. Данные по режимам приведены табл. 3.3.
Показатели работы аппаратуры М3емлемер JI1" Автономный режим
Дифференциальный режим
Показатели
Позициони рование
С постоб работкой
Полевой диф ференциал
Дифференциал по фазе несущей
Точность Время наблю дений
15 м 2-3 мин
1-2 м 2-3 мин
5-10 мм 10-15 мин
20-30 мм 2-5 с
Как видно из табл. 3.3, дифференциальные измерения наиболее пригодны к применению в маркшейдерско-геодезических работах. 3.2.5. МЕТОДИКА ОРГАНИЗАЦИИ РАБОТ
М
етодика выполнения работ предполагает устройство "базовой1' станции в полевых условиях (рис. 3.6). Опыт работы в карьере показал острую зависимость качества и надежности выполняемой работы на "базовой" станции от источ ников питания, поскольку "базовая" станция должна постоянно на ходиться в работе. К тому же оператор "базовой" станции вынуж ден находиться весь рабочий день под влиянием погодных усло-
Рис. 3,6. Устройство "базовых" станций в полевых условиях: 1 - пункты с известными координатами; 2 - "базовая" станция на здании, где размещается маркшейдерская служба; 3 - рабочие точки, где опреде ляются координаты
Результаты контрольного определения координат пунктов № п/п
Значение
Названия пунктов
X
У
Z
1
Истинное Ерик Полученное
5 623 384,34 7 324 817,25 5 623 384,18 7 324 8817,31
178,77 179,07
2
Истинное Красная Полученное поляна Истинное Яруга Полученное
5 5 5 5
Истинное Грязное Полученное Истинное Болховец Полученное Максимальное отклонение
5 606 691,02 5 606 690,94 5 611 031,58 5 611 031,55 0,14
3 4 5 6
614 614 614 614
120,42 120,40 263,07 262,93
7 7 7 7
330 330 327 327
846,58 846,49 493,30 493,11
211,96 211,72
7 320 7 320 7 312 7 312
541,18 541,27 310,84 310,67
202,31 202,07 197,95 197,69
0,19
225,25 255,50
0,30
вий. Исходя из этого и с целью повышения оперативности и эф фективности наблюдений, нами предлагается новая методика орга низации работ. Основной ее идеей является размещение "базовой" станции в помещении маркшейдерских служб с вынесением антен ны на крышу здания. Работы выполняются в два этапа: 1-й - опре деление координат "стационарной базовой" станции с использова нием нескольких точек с известными координатами ("временных базовых" станций); 2-й - выполнение непосредственно съемочных работ. Обычно при переносе координат наблюдается потеря точности, но так как координаты "стационарной базовой" станции определя ются с использованием нескольких точек с известными координа тами, этого не наблюдается и точность определения координат "передвижных" станций не снижается (табл. 3.4). Как видно из таблицы, погрешность в определении координат не превышает 0,3 м. 3.2.6. ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ GPS НА ГОРНО-ДОБЫВАЮЩИХ ПРЕДПРИЯТИЯХ
И
спользование GPS позволяет, в частности, проводить наблю дения за сдвижением массивов горных пород без предвари
тельной "привязки" к опорным пунктам, которые на практике не обходимо выносить за пределы горного отвода. Эффективность внедрения GPS в маркшейдерскую практику на горно-добывающих предприятиях заключается в сокращении вре мени на выполнение измерительных работ. Кроме того, использо вание GPS аппаратуры дает возможность ведения измерительных работ даже одному оператору на "передвижной" станции, так как "базовая" станция является стационарной и работает в автономном режиме. 3.2.7. ИНЕРЦИАЛЬНЫЙ МЕТОД МЕСТООПРЕДЕЛЕНИЯ
И
спользование инерциальных систем для геодезических целей началось в топографической лаборатории армии США в нача ле 60-х гг. Первый контракт был заключен с компанией General Computer System, однако созданная ею система была чувствительна к ударам и вибрациям и не нашла широкого применения. В 1969 г. фирмой Litton был создан более удачный вариант инерциальной гео дезической системы, который получил наименование PADS (Position and Azimuth Determing System). Эта система за несколько часов рабо ты в ходах с опорой только на начальную точку определяла координа ты с погрешностью 20 м, высоту с погрешностью 10 м и азимут с погрешностью несколько десятков секунд. Система могла функцио нировать в любое время суток и при любых погодных условиях. Анализ результатов, получаемых системой PADS, показал, что помимо плановых координат, высоты и азимута система может да вать ускорение силы тяжести и ускорения отвесной линии. Со временем модернизации подверглось материальное обеспе чение системы, в частности, была разработана программа послерейсового уравнивания результатов измерений. Новый вариант системы получил название IPS (Inertial Positioning System). В замк нутых ходах с опорой на две крайние точки система могла опреде лить координаты и высоту с погрешностью 1-2 м. В дальнейшем в систему IPS был поставлен более чувствительный вертикальный акселерометр и вновь модернизировано ее материальное обеспече ние. Этот вариант системы, названный RGSS (Rapid Geodetic Survey System), позволял помимо координат и высот определять аномалии ускорения силы тяжести с погрешностью до 2 мГал и уклонения отвесной линии с погрешностью 1 с.
Научно-исследовательские работы в этой области велись и в СССР. Благодаря им подготовлена современная научно-техническая база для создания инерциальных систем в настоящее время. В 1976 г. к работам по созданию инерциальных геодезических систем подключилась фирма Honeywell (США). На основе одной из высокочувствительных навигационных инерциальных систем ею была разработана инерциальная геодезическая система, которая в замкнутых ходах с опорой на две крайние точки протяженностью до 10 км определяла плановые координаты и превышения с по грешностью несколько десятков см, а ускорение силы тяжести и уклонения отвесной линии - с погрешностями соответственно ме нее 1 мГал и 1 с. В настоящее время работы по созданию и совершенствованию ИГС ведут многие фирмы Америки, Западной Европы и РФ. Реализация инерциального метода местоопределения основана на законах классической механики. Физические принципы, лежа щие в основе инерциального метода, связаны с механикой - наукой об общих законах механического движения и взаимодействия ма териальных тел. Работа инерциальных геодезических систем осно вана на известных законах динамики Ньютона, а сами системы по лучили название по названию таких систем координат, которые движутся в пространстве равномерно и прямолинейно без ускоре ний и вращений. Инерциальные системы координат имеют две особенности, ко торые являются решающими для создания соответствующих изме рительных систем. Первая особенность состоит в том, что при не равномерном движении или вращении относительно них всегда появляются силы инерции, и, следовательно, могут быть созданы датчики, "чувствующие" ускорения или повороты. Такие датчики получили названия инерциальных. Второй особенностью является то, что показаниями только инерциальных датчиков и заданным начальным условием в инерциальной системе координат можно полностью описать движение любой другой системы, используя законы динамики Ньютона (мы не будем рассматривать случаи больших скоростей, близких к ско рости света, или больших напряженностей гравитационного поля, когда проявляются релятивистские эффекты). К инерциальным датчикам относятся акселерометры - изме ряющие ускорение, датчики угловой скорости (ДУС) - измеряю
щие угловую скорость вращения относительно инерциальной сис темы отсчета. Реализовать инерциальную систему координат, т.е. зафиксировать ее какими-то мдтериальными объектами, практиче ски невозможно, так как не только Земля, но и вся Солнечная сис тема и даже Галактика находятся в непрерывном вращении, и, сле довательно, связанные с ними системы координат не являются инерциальными. Для целей геодезии допустимо считать инерциальные системы координат, связанные с центром масс Земли и не вращающиеся относительно звезд. Это означает практически, что учитывать необходимо только суточное вращение Земли. Рассмотрим принцип работы инерциальной системы. Пусть в некотором транспортном носителе имеется акселерометр А, ось чувствительности которого расположена вдоль некоторой оси ОХ с ускорением a(t). Скорость транспортного носителя в любой момент времени мо жет быть определена как интеграл текущего ускорения:
v = \a(t)dt + v,
(3.2)
где v - скорость в начальной точке. Интегрируя скорость, можно определить текущее перемещение по оси X транспортного носителя:
X - \vdt = Яa{t)dtdt + \vdt + X.
(3.3)
Как следует из формулы (3.3), для определения текущего пе ремещения и, следовательно, координаты необходимо знать коор динату X начальной точки и скорость v транспортного носителя в ней. Если мы имеем три акселерометра, установленные вдоль трех взаимно перпендикулярных осей, то можно определить перемеще ния вдоль этих осей и, следовательно, три координаты носителя или координаты той точки пространства, в которой находится но ситель. Однако приведенные рассуждения могут быть справедливы, ес ли отсутствует гравитационное поле и направления осей чувстви тельности акселерометров неизменны в пространстве. Гравитаци онное ускорение действует на акселерометр точно так же, как и ускорения, вызванные движением (динамические ускорения). Со гласно принципу эквивалентности эти ускорения измерить раз дельно невозможно ни одним прибором. Поэтому для получения
динамических ускорений, которые и надо интегрировать для опре деления перемещений, необходимо знать проекции ускорения силы тяжести на оси чувствительности акселерометров и вычитать их из показаний акселерометров. На практике применяют ту или иную математическую модель поля ускорения силы тяжести, по которой вычисляют эти проекции. Погрешности этой модели являются ис точником погрешностей инерциальной системы и одним из основ ных факторов, ограничивающих ее точность. Для поддержания неизменного направления осей чувствитель ности акселерометров в заданной системе координат применяются гиростабилизированные платформы. При этом могут быть созданы системы двух видов: пространственно-стабилизированные и локально-уровенные. В первых системах ориентация акселерометров остается неиз менной относительно инерциальной системы отсчета (например, неподвижных звезд), но меняется относительно Земли из-за ее су точного вращения. Во вторых системах к гироплатформе прикла дываются дополнительные моменты так, чтобы оси чувствительно сти акселерометров были все время ориентированы по направлени ям север - восток - вертикаль. Первый принцип используется в системах фирмы Honeywell, второй - в системах Litton и Ferranty. Оба типа систем отличаются незначительно по инструкции и матобеспечению. Процесс интегрирования показаний датчиков, лежащий в основе работы инерциальных систем, характеризуется быстрым накопле нием погрешностей. Так, например, погрешность в оценке смеще ния нулевого отсчета акселерометра дает погрешность расстояния, возрастающую пропорционально квадрату времени, а неучтенный дрейф гироскопов или датчиков угловой скорости приводит к по грешности измерения расстояний пропорционально кубу времени. Поэтому результаты измерений инерциальной системы требуют периодических коррекцией. Для проведения коррекции необходимо, чтобы в какой-то мо мент времени были известны все, или хотя бы некоторые парамет ры движения, или ориентации блока чувствительности элементов инерциальной системы. Например, текущие координаты, скорость, углы ориентации в пространстве или совокупность этих или других параметров. Основное отличие инерциальных геодезических сис тем от инерциальных навигационных заключается в том, что для
получения приемлемых в геодезии точностей коррекции приходит ся проводить очень часто, через каждые 3-5 мин. Это значительно уменьшает эффективность инерциальных геодезических систем, особенно на воздушных (самолет) и морских носителях. Что каса ется наземных носителей и вертолетов, существует достаточно простой, не требующий дополнительного оборудования и вспомо гательных измерений способ коррекции при короткой остановке носителя. Во время остановки известна скорость транспортного носителя (она равна нулю) и ориентация блока чувствительных элементов относительно вектора ускорения силы тяжести (вычис ляется по показаниям горизонтальных акселерометров). Частые остановки транспортного носителя, конечно, тоже снижают эффек тивность инерциальных систем, но без них применение таких сис тем для геодезических целей при современном уровне техники практически невозможно. При работе с вертолета кроме посадок для коррекции возможно зависание. В открытых (висячих) ходах инерциальные системы практически не обеспечивают точности, приемлемой для геодезии. Как следует из принципа работы инерциальных систем, в на чальной точке должны быть известны координаты, скорость и ори ентация блока чувствительности элементов. Координаты и ско рость задаются при остановке в точке с известными координатами. Ориентация по отношению к вектору ускорения силы тяжести оп ределяется по показаниям горизонтальных акселерометров. При этом платформенные системы устанавливаются так, что их верти кальная ось направлена по вектору ускорения силы тяжести. Что касается азимута, то платформенные системы имеют способность самоустанавливаться на север путем гирокомпасирования. Этот процесс продолжительностью 30-60 мин характеризуется тем, что по показаниям горизонтальных акселерометров вырабатываются корректирующие сигналы для гироскопов и происходит поворот платформы относительно трех осей до равенства нулю показаний акселерометров. В таком положении платформа оказывается ори ентированной по вертикали к азимуту. Далее платформа будет со хранять это положение при всех перемещениях транспортного но сителя. При этом из-за вращения Земли и ее кривизны ориентация платформы по отношению к местному направлению вектора силы тяжести будет меняться. С помощью акселерометров, находящихся на платформе, можно при остановках носителя определить эту ори
ентацию и тем самым положение вектора ускорения силы тяжести в данной точке в системе координат, заданной в начальной точке и физически зафиксированной гироплатформой. Таким образом, во всех типах инерциальных систем обеспечи вается измерение проекций вектора ускорений в одной и той же начальной заданной системе координат. Это позволяет определять текущие скорости и перемещения системы путем интегрирования компонент этого вектора, а при остановках транспортного носи теля определять еще уклонения отвесной линии и ускорение силы тяжести.
3.3. МАРКШЕЙДЕРСКАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ соответствии с Законом РФ "О недрах" (статья 22) пользова тель недр обязан обеспечить ведение маркшейдерской доку ментации в процессе всех видов пользования недрами и ее сохран ность. Журналы измерений и вычислительная документация ведутся по всем видам маркшейдерских работ, выполняемых на горном предприятии. При этом рекомендуется использовать журналы ти повых форм, соответствующих виду выполняемой работы. Записи в журналах должны быть четкими. Ошибочные результаты зачер кивают, а повторные записывают в новых строках. В журналах вычислений должны быть сделаны ссылки на жур налы (документы), из которых взяты исходные данные, и результа ты измерений. Вычислительная документация должна быть подпи сана исполнителем работ и проверена главным маркшейдером предприятия, о чем делается соответствующая запись. Маркшейдерская графическая документация, которая обяза тельно должна вестись на горном предприятии, включает: • чертежи, отражающие рельеф и си!уацию земной поверх ности (к этой группе относятся план земной поверхности территории производственно-хозяйственной деятельности горного предприятия в масштабе от 1:1000 до 1:10 ООО, план застроенной части земной поверхности в масштабе от 1:1000 до 1:2000, план промышленной площадки в масшта бе от 1:500 до 1:1000, планы породных отвалов и гидроот валов в масштабе от 1:1000 до 1:5000 и пр.);
В
• чертежи, отражающие обеспеченность горного предприя тия пунктами маркшейдерских опорной геодезической и съемочной сетей (планы расположения пунктов маркшей дерской опорной сети и пунктов разбивочной сети, абрисы и схемы конструкции реперов); • чертежи отводов горного предприятия; • чертежи горных выработок, отражающие вскрытие, подго товку и разработку месторождения. Чертежи, входящие в состав маркшейдерской документации, делятся на исходные и производные. К исходным относятся планы земной поверхности и чертежи горных выработок, которые по точности и полноте отображения объектов съемки соответствуют требованиям Инструкции по про изводству маркшейдерских работ. Для составления исходной до кументации, как правило, используют результаты съемки. К производным чертежам относят копии и репродукции с ис ходных чертежей, дополненные при необходимости специальным содержанием и предназначенные для решения текущих задач пред приятия, организации. Перечень производных чертежей и требова ния к их изготовлению устанавливаются отраслевыми инструкция ми. Исходная маркшейдерская документация выполняется в соот ветствии с ГОСТами. Исходные чертежи открытых и подземных горных выработок пополняют не реже одного раза в месяц. Для решения различных производственно-технических вопро сов, связанных с деятельностью горного предприятия, использует ся так называемая обменная горная графическая документация, которая должна составляться на предприятии. Эта документация отражает схему вскрытия месторождения, применяемые системы разработки, динамику технологических процессов горного производства, плановое развитие горных работ, структуру, форму и элементы залегания полезного ископаемого, а также содержит различную горно-техническую и геологическую документацию. В соответствии с Указаниями по составлению чертежей обмен ной горной графической документации, согласованными с Госгор технадзором России 8 декабря 1992 г. и утвержденными Департа ментом угольной промышленности Минтопэнерго России, в ком
плект обменных планов по действующим, строящимся и реконст руируемым шахтам и разрезам, включены: а) для шахт Планы промышленной площадки в масштабе................... Вертикальная схема вскрытия шахтного поля в масштабе План или проекция на вертикальную плоскость горных выработок по каждому пласту (слою)................................. План горных выработок по основным горизонтам (при разработке свиты пластов крутого падения)...................... Планы околоствольных горных выработок, приемно-отправительных площадок главных уклонов и бремсбергов Вертикальный разрез шахтного ствола (находящегося в проходке, углубке, расширении) с геологической колон кой .......................................................................................... План поверхности шахтного поля в пределах горного от вода ........................................................................................ Совмещенный план горных выработок..............................
1:500, 1:1000 1:1000, 1:2000, 1:5000 1:1000, 1:2000, 1:5000 1:2000, 1:5000 1:200, 1:500, 1:1000
1:200, 1:500 1:5000 1: 1000, 1:2000
б) для разрезов Ситуационный план территории разреза.......................... Сводно-совмещенный план горных выработок............... Разрезы по профильным линиям....................................... План горных работ по рекультивации земель, нарушен ных горными работами..................................................... План промышленной площадки....................................... План дренажных подземных горных выработок.............
1:5000, 1:10000 1:25000 1:2000, 1:5000 1:1000, 1:2000 1:2000, 1:500, 1:1000 1:2000,
1:5000 1:5000
Чертежи обменных планов составляют и пополняют маркшей дерская и геологическая службы горного предприятия. Геологические нарушения и пояснительные разрезы к ним, структурные разрезы по пластам и вмещающим породам, участки плывунных и обводненных пород, карстовых пустот, гипсометрия почвы пласта, углы падения и мощности пластов, разведочные, во допонижающие и гидронаблюдательные скважины и другая геоло гическая информация на чертежах обменных планов изображается геологической службой горного предприятия. Ответственность за полноту, достоверность, качество обменных планов и своевременность представления несут технический руко водитель, главный маркшейдер и главный геолог шахты (разреза) и соответствующие службы акционерных обществ, концернов, ассо циаций.
3.4. ОЦЕНКА ТОЧНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ В МАРКШЕЙДЕРСКИХ СЪЕМКАХ
И
змерения, выполняемые в маркшейдерских съемках на земной поверхности и в подземных выработках, из-за ограниченной точности приборов, неблагоприятных внешних условий измерений и несовершенства органов чувств человека сопровождаются неиз бежными погрешностями. Ниже будут рассмотрены погрешности, возникающие при изме рении углов и длин линий. Как известно, и в маркшейдерии, и в геодезии проводятся изме рения углов и длин. Основное отличие маркшейдерских измерений от геодезических состоит в том, что их задачей является не только зафиксировать (заснять) существующие объекты, но и дать направ ление горным выработкам на будущее, в соответствии с техниче ским проектом горных работ. Из этих задач следуют: • во-первых, весьма жесткие требования к точности марк шейдерских измерений, так как ошибки в последних при ведут к неправильному развитию горных работ, и, • во-вторых, необходимость заранее знать (предвычислить) точность, с которой маркшейдерские работы могут быть выполнены. Однако измерения, выполняемые в маркшейдерских съемках на земной поверхности и в подземных выработках, сопровождаются неизбежными погрешностями. Причиной этих погрешностей могут быть: ограниченная точность приборов, неблагоприятные внешние условия измерений, несовершенство органов чувств человека и др. Ниже будет дана общая характеристика погрешностей марк шейдерских измерений, а также будут рассмотрены погрешности, возникающие при измерении углов и длин линий. 3.4.1. ОБШАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МАРКШЕЙДЕРСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ
М
ногократно измеряя одну и ту же величину, можно обнару жить, что результаты измерений отличаются друг от друга изза того, что каждый результат измерения сопровождается неизбеж ной ошибкой. Если эта ошибка выходит за пределы принятой точ ности измерений, то такая ошибка называется грубой и является следствием промаха, просчета или небрежности при производстве
измерений. Результаты измерений, в которых имеются грубые ошибки, из рядов измерений исключаются и обработке не подле жат. Ошибка измерения 5/ есть разность между действительным, точным или истинным значением L измеряемого объекта и полу ченным результатом измерения: =
(3.4)
При каждом отдельном измерении одной и той же величины ре зультат измерения по абсолютному значению может быть больше или меньше величины измеряемого объекта. Поэтому ошибка из мерения соответственно будет иметь либо знак плюс, либо знак минус. При многократных измерениях из таких ошибок образуются ряды ошибок. Распределение ошибок в ряду может носить либо вполне определенный, закономерный, либо случайный или стати стический характер. Ряды ошибок с определенно выраженной закономерностью яв ляются следствием причин, действующих по определенным зако нам и в определенном направлении. Поэтому ряды ошибок, в кото рых преобладает влияние односторонних факторов, систематиче ски искажающих результаты измерений, можно назвать рядами из систематических ошибок. Во всех случаях измерения маркшейдеру необходимо стремить ся к исключению или ослаблению ошибок систематического харак тера, так как получение результата из большого числа следующих друг за другом измерений приведет к суммированию ошибок и к существенному влиянию их на окончательные результаты измере ний. Исследование рядов из неизбежных ошибок случайного харак тера показывает, что при отсутствии видимой закономерности в них подобные ряды тем не менее подчинены так называемой стати стической закономерности. Закономерность эта проявляется отчетливее с возрастанием числа измерений. Опытом установлено, что неизбежные ошибки случайного характера обладают следую щими свойствами: 1) положительные ошибки возникают так же часто, как и равные им по абсолютной величине отрицательные ошибки; 2) малые по абсолютной величине ошибки чаще встречаются в измерениях, чем большие;
3) при данных условиях измерения абсолютные значения неиз бежных ошибок случайного характера не могут превосходить оп ределенного предела; 4) с увеличением числа равноточных измерений одной и той же величины среднее арифметическое из неизбежных ошибок случай ного характера стремится к нулю. Основным, наиболее распространенным среди маркшейдеров и геодезистов критерием точности измерений является средняя квадратическая ошибка из данного ряда измерений. Однако такой критерий точности не является единственным. С целью оценки точности измерений иногда пользуются средней арифметической ошибкой и вероятной ошибкой. Смысл указанных ошибок состоит в следующем. Средняя квадратическая ошибка. Средней квадратической ошибкой ряда равноточных измерений называется число т, вычис ляемое по формуле (3.5) где 61?62,...,5л - истинные ошибки измерений; п - число измерений. Так как в обозначениях Гаусса сумма 5^ + 5^ + ... + 5^ равна [85], или [8 2 ], то (3.6) Итак, средняя квадратическая ошибка данного ряда равноточ ных измерений ошибок этого ряда равна корню квадратному из суммы квадратов истинных ошибок этого ряда, деленной на число всех измерений. Средняя арифметическая ошибка. Среднее арифметическое из абсолютных значений истинных ошибок ряда равноточных из мерений
п п есть арифметическая средняя ошибка.
Вероятная ошибка. Вероятной ошибкой ряда равноточных из мерений, обозначаемой буквой г, называется такое значение ис тинной ошибки, по отношению к которому ошибки, большие этого значения, встречаются в ряду так же часто, как и ошибки, меньшие его. Эту ошибку иногда называют срединной, так как она находит ся в середине ряда истинных ошибок, расположенных в возрас тающем или убывающем порядке их абсолютных величин. Предельная ошибка. По величине средней квадратической ошибки устанавливают предельную ошибку. Предельная ошибка находится по формуле Д пред =
3™
(3-8)
и, таким образом, принимается как утроенная средняя квадратиче ская ошибка. Относительная ошибка. Зная абсолютное значение средней арифметической, средней квадратической и вероятной ошибок, можно найти относительные выражения этих ошибок. С этой це лью достаточно абсолютную ошибку разделить на значение изме ренного объекта. Таким образом, средняя квадратическая ошибка есть функция вторых степеней ошибок, а средняя арифметическая ошибка есть линейная функция этих ошибок. В практике маркшейдерских и геодезических работ в России в качестве критерия точности принимают среднюю квадратическую ошибку, имея в виду, что средняя квадратическая ошибка: • в простой форме связана с предельной ошибкой для данно го ряда измерений; • достаточно устойчива и при ограниченном числе измере ний позволяет удовлетворительно судить об их точности; • более выпукло отражает в конечном ряду наличие крупных ошибок и тем самым не сглаживает их влияния на оконча тельную ошибку. 3.4.2. ПОГРЕШНОСТЬ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВ
И
змерение углов сопровождается погрешностями: грубыми, систематическими и случайными. Грубые и систематические погрешности обнаруживаются при измерениях и исключаются. Влияние погрешностей случайного характера может быть снижено
соответствующим способом измерения углов и методикой обра ботки результатов измерений. Погрешность измерения горизонтального угла Общая погрешность измерения горизонтального угла слагается из трех погрешностей и определяется по формуле 2
2
2
=-Jmj + 1% + //£ ,
(3.9)
где /и, - погрешность, зависящая от качества прибора и от способа измерения угла (инструментальная погрешность), которая включа60" ет погрешность визирования (наведения) ть = ± ----- (здесь о D увеличение трубы), погрешность отсчитывания
(здесь t 2v3 точность отсчитывания ), погрешность деления лимба и др; те погрешность от неточности центрирования теодолита; тс - по грешность от неточности центрирования сигналов (редукция). Погрешность определения угла зависит от способа его изме рения. При измерении углов способами повторений и приемов ко личество наведений трубы на сигнал одинаковое, но отсчетов при способе приемов больше. Общие формулы средней квадратической погрешности измере ния угла в зависимости от ошибок отсчитывания и визирования имеют следующий вид: для способа повторений Iml ml 1 1 + Щ = д—т +— Р х'2 п 2 2 п v c° s 2 Sn cos2 5г )
(ЗЛО)
для способа приемов 2
1т0
2 ^
т в
vcos26„ cos2 63 J
(3.11)
где wp - погрешность измерения горизонтального угла; /ио - по грешность отсчитывания одного направления; ть - погрешность
одного визирования; п - число приемов или повторений при изме рении угла; 5П, 53 - углы наклона визирных лучей соответственно на передний и задний сигналы. Сравнивая формулы (ЗЛО) и (3.11) видно, что погрешность отсчитывания в формуле (3.11) значительно меньше (в у/2~п\ чем в формуле (3.10). Погрешность от неточности центрирования теодолита зави сит от величины измеряемого угла р , длины сторон а и в , величи ны е - линейной ошибки центрирования и выражается формулой те = р
е ryja2 -he2 - 2 a e c o s p .
(3-12)
ав л/2 Погрешность из-за неточности центрирования сигналов оп ределяется по формулам: при разных длинах сторон а и в угла
т- = р ' ^ к : т‘> = р й
;
(ЗЛЗ)
при равенстве сторон а = в = S и линейных погрешностей цен трирования сигналов = е2 общая погрешность имеет вид
= \ 1 ™ 2 Са + т с в
= ± Р', 4 -
(3 1 4 >
Общая формула среднеквадратической погрешности измерения горизонтального угла, подставляя найденные выражения (3.12) и (3.13) в формулу (3.9), примет вид
тр=Jm2+ ~ 2~ т[ е2 {°2+ &2) + ^{°2+ &2~ ^06cos
•15)
Погрешность измерения вертикального угла Угол б определяют по формуле 8 = кп - мО = мО - кл = КП — ,
(3.16)
где кп, КЛ, м О - отсчеты соответственно при круге право при круге . кп+кл±360 лево и место нуля Ml) = ---------------- , следовательно
Щ = ^ y l mL + mrn •
(3-!7)
При каждом полуприеме производят одно визирование и берут один отсчет, вследствие этого т т
=
т к л =
+
т 1>
(3 18)
тогда
V
^0+^в
(3-19)
При измерении угла наклона п приемами
Погрешность отсчета принимают равной щ = ± — погреш3,5 ность визирования с учетом производства его не по биссектору, а по горизонтальной нити определяют по формуле
(3 21) где в - толщина горизонтальной нити теодолита; - фокусное расстояние объектива. Горизонтальное проложение расстояния / определяют по фор муле d = /c o s 5 .
(3.22)
Точность определения горизонтального проложения измеренной линии в зависимости от погрешности /и$ угла наклона ее опреде ляют по формуле
md = I sin Ътъ .
(3.23)
Разность высот h между двумя смежными пунктами А и В хода подземной съемки определяют по формуле h = /sin5 + / - v ,
(3.24)
где / и v - вертикальные расстояниясоответственно от центров знаков до горизонтальной оси трубытеодолитаи точкивизирова ния на шнуре отвеса (на сигнале). Погрешность mh, обусловленная ошибкой измерения угла 6, оп ределяется по формуле mh = l cos 5— . Р
(3.25)
3.4.3. ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ ДЛИН ЛИНИЙ
И
змерения линий неизбежно сопровождаются погрешностями, которые могут быть случайными, систематическими или но сить тот и другой характер. Погрешности зависят от несовершенст ва мерных приборов, методики выполнения работ, условий в гор ных выработках и личных качеств наблюдателя. Допустимые погрешности устраняют путем введения поправок в результаты измерений. Поправку за компарирование рулетки определяют из таблицы компарирования или по формуле А1к = у А ,
(3.26)
где Д/к - поправка на всю измеренную длину, мм; Д - поправка на длину рулетки, мм; /, /0 —длина соответственно всей линии и ру летки, м. Поправка за температуру Д /,= /а ( /изм- / к) ,
(3.27)
где / - измеренная длина, м; а - коэффициент линейного расшире ния стали; /изм, /к - температура соответственно при измерении и компарировании рулетки, градус.
Пример: /к = 20°, t^ , = 5°, / = 20 м, а = 0,012, тогда Д/, = - 3,6 мм, т.е. поправку следует учитывать. Поправка за растяжение рулетки. Согласно закону Гука
где Р\, Р0 - натяжение рулетки при измерении и компарировании соответственно, кг (1 кг = 9,8 Н); Е - модуль Юнга; S - площадь
У здесь q = 0,03 кг/м; у = 7,8 г/см3. Этой поправкой можно пренебречь, если натяжение при изме рении не превышает ±3 кг установленного норматива (Р = 10 кг). Поправка за провес рулетки. При измерении "на весу" длина / измеряется не по прямой, а по дуге /о (рис. 3.7,а). Поэтому поправку А1/= /0 - / вводят всегда со знаком (-). Стрела провеса рулетки f 0 на всю длину /о может быть определена непосредственно масштабной линейкой при экспери ментальных работах или вычислена по формуле (3.29)
11
'о
Рис. 3.7. Определение поправок за провес рулетки
где q - масса 1 м рулетки, кг; 10 - длина рулетки, м; Р - натяжение рулетки, кг. Поправку за провес на всю длину рулетки /о вычисляют по фор муле (дается без вывода) и выражают в мм: 2
AL = Л
3/0
2 3
, или A lf = — . /о 24Р
(3.30)
Если в измерении участвует не вся длина рулетки, а только ее часть, то поправку находят из пропорции
10 Пример: /0 = 30 м, /изм = 24,300 м ,/0 = 0,160 м. Найдем поправку за провес рулетки: а) поправка за провес на всю длину рулетки Д/^ = -22,8 мм; б) поправка за провес на длину /изм Л// = -12,1 мм. Как видно из расчетов, поправка за провес рулетки растет с уве личением измеряемого расстояния, особенно при / > 20 м. При измерении линий в наклонных выработках возникает до полнительная поправка за несимметрию цепной линии (рис. 3.7,6) Она может быть вычислена по формуле А/у'нс = -A /^ sin 25 co s5 ,
(3.32)
где AI f - поправка за провес для горизонтального положения рулет ки; 5 - угол наклона измеряемой линии. Поправку вводят при I > 50 м. При малых длинах она мала и ею пренебрегают. Поправка за наклон линии. Эту поправку вводят для проведения наклонной линии к гори зонтальному положению d (рис. 3.8,я). Она может быть определена: а) если известна длина I и угол наклона 5 стороны, Д/н = - 2 / sin2 5/2;
(3.33)
б) если известно превышение h между двумя точками стороны длиною /,
Рис. 3.8. Определение поправок за наклон линии (3.34) Поправку вводят, если 5 > 1°. Поправка за провешивание линии. Выставленные промежуточные отвесы а, в, "на глаз" могут отклоняться от створа в ту или иную сторону на величину г (рис. 3.8,6). В результате длину линии измеряют не по прямой, а по ломаной линии. Поправку по этому фактору вычисляют по фор муле 2
21
(3.35)
Этой поправкой обычно пренебрегают, поскольку выставление промежуточных точек производят при помощи зрительной трубы теодолита и при этом в сторону теодолита. Отклонение г промежуточных отвесов от створа не должно быть более 10 см. Кроме указанных погрешностей и поправок, связанных с ними, могут быть погрешности за счет взятия отсчетов по рулетке, сов мещения рулетки с отвесом и др., но они малы, и ими пренебрега ют. При измерении длин сторон в подземных полигонах рулетками следует учитывать следующие основные четыре поправки: 1) за компарирование рулетки - Д/к; 2) за температуру - Д/,; 3) за провес рулетки - Д//;
Рис. 3.9. Определение поправок за приведение длины сторон к уров ню моря и плоскости проекции 4) за наклон линии - Д/„. Кроме указанных обязательных поправок в отдельных условиях необходимо учитывать еще две поправки: за приведение длины стороны к уровню моря и плоскости проекции. Поправку за приведение длин сторон к уровню моря (горизонту) вводят при съемках в гористой местности или ниже уровенной по верхности (рис. 3.9,а). Планы горных работ и земной поверхности составляют в плос кости горизонта (уровенной поверхности), а измерения ведут зна чительно выше 1\ или ниже его 1ъ Поэтому измеренная длина линии / в первом случае будет все гда больше /0, а во втором - меньше /0. Поправку вычисляют по формуле А/у м = ^ / , К
(3.36)
где Н - высота места съемки относительно уровня моря; R - радиус Земли (/? —6371 км); / - измеренная длина. Поправку вводят при Н > 600 м со знаком (-) в первом случае и со знаком (+) - во втором при h < /о, т.е. ее вводят со знаком, про тивоположным знаку абсолютной отметки. Поправка за приведение длины линии к плоскости проекции.
Плоскость проекции, на которой составляют план, касается осе вого меридиана зоны в точке М Искажение здесь равно нулю (рис. 3.9,6). К краям зоны расхождение между линией /, измеренной на по верхности Земли (или в горных выработках), и ее проекцией /0 на плоскость увеличивается. Поправку за приведение / к плоскости проекции вычисляют по формуле где Уп - ордината середины измеренной линии. Эту поправку учитывают со знаком плюс, если Уп > 90 км.
4 . ОСНОВЫ МАРКШЕЙДЕРСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ
РАЦИОНАЛЬНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ И ОХРАНЫ НЕДР
ВВЕДЕНИЕ
П
режде чем изложить сущность маркшейдерских работ, указан ных в названии главы, необходимо привести значения ряда терминов, используемых в инструктивных и нормативных доку ментах, в соответствии с которыми и выполняются эти работы 1. Полезные ископаемые - минеральные образования земной коры, химический состав и физические свойства которых позволя ют эффективно использовать их в сфере материального производ ства. 2. М инеральное сырье - полезные ископаемые, вовлеченные (учтенные или используемые) в сферу общественного производст ва. 3. Руда - природное минеральное образование, содержащее ка кой-либо металл или несколько металлов в концентрациях, при ко торых экономически целесообразно их извлечение. Термин "руда” иногда применяется и к ряду неметаллических полезных ископае мых. 4. Горная масса - полезное ископаемое и порода (как в сме шанном виде, так и в раздельном), получаемые в результате разра ботки месторождения. 5. Концентрат - продукт обогащения полезных ископаемых, в котором содержание ценных минералов выше, чем в исходном сы рье. 6. П ер ед ел - стадии переработки минерального сырья, пред ставляющие собой самостоятельные технологические процессы. Так, при переработке железной руды первой стадией является обо гащение руды - получение концентратов, окатышей, второй стади ей - выплавка чугуна, третьей - стали, соответственно первым то варным продуктом является концентрат, окатыши, вторым - чугун, третьим - сталь.
7. Добыча полезного ископаемого - совокупность технологи ческих процессов по извлечению полезного ископаемого из недр. К добыче относится все количество полезного ископаемого, выдан ного из недр на поверхность при подземном способе разработки месторождения, вывезенного из карьера - на открытых горных ра ботах, но без учета пород, разубоживающих полезное ископаемое, если они не были включены в подсчет балансовых запасов. 8. Разубоживание - изменение (снижение) содержания полез ных компонентов в добытом из недр полезном ископаемом по сравнению с содержанием их в запасах в недрах вследствие при мешивания к ним пород в технологическом процессе добычи по лезного ископаемого. 9. Засорение полезного ископаемого при добыче - вовлечение в добываемое полезное ископаемое некондиционных полезных ис копаемых и пустых пород, не включенных в контуры подсчета ба лансовых запасов. 10. Потери полезного ископаемого при добыче - это часть ба лансовых запасов полезного ископаемого, не извлеченная из недр при разработке месторождения, добытая и направленная в пород ные отвалы, оставленная (потерянная) в местах складирования, по грузки и на транспортных путях технологического цикла горного производства, а также потери попутного (растворенного) газа при добыче нефти. 11. Общешахтные (общерудничные, общекарьерные, обще приисковые) потери - запасы полезных ископаемых в охранных целиках, оставленных для безопасного ведения горных работ вбли зи геологических нарушений, под водоемами, площадями застрой ки, в зонах отчуждения железных и автодорог, нефтегазопрово дов, высоковольтных линий электропередачи, и других целиках специального назначения, отработка которых проектом не преду смотрена. 12. Эксплуатационные потери при добыче - потери при добыче полезного ископаемого в массиве (в недрах) и потери отделенных (отбитых) от массива полезных ископаемых, связан ные с системой разработки и применяемой технологией добычи, образующиеся непосредственно в технологическом процессе до бычи. 13. Нормативные потери при добыче - эксплуатационные по тери полезных ископаемых при добыче, уровень которых обосно
ван при современном состоянии горной техники и технологии для определенных горно-геологических условий разработки месторож дения. 14. Выемочная единица - участок месторождения полезного ископаемого с относительно однородными горно-геологическими условиями, отработка которого осуществляется одной системой разработки и технологической схемой выемки (карьер, уступ карь ера - в контуре годовой отработки, блок эксплуатационный или геологический, камера, панель, лава и т.п.), в пределах которого с достаточной достоверностью подсчитаны балансовые запасы по лезного ископаемого и возможен первичный учет полноты извле чения из недр полезного ископаемого. 15. Потери при добыче фактические - потери полезного иско паемого, определенные маркшейдерской и геологической служба ми горного предприятия прямым методом по месту образования этих потерь или косвенным (расчетным) методом. 16. Погашенные запасы - сумма объемов добытого из недр и потерянного при добыче полезного ископаемого. 17. Сверхнормативные потери - превышение фактических по терь над нормативными потерями полезного ископаемого при до быче, определенные по выемочной единице. 18. Технологические потери полезного ископаемого - потери полезного ископаемого (полезного компонента), образующиеся при обогащении добытой горной массы, в эксплуатационные потери и в погашенные запасы не включаются и при расчете платежей за пользование недрами учитываться не должны. 19. Книжный остаток - количество полезного ископаемого, ко торое числится на складе по данным бухгалтерского учета. 20. О перативный (статистический) учет - учет добычи и вскрыши по числу отгруженных транспортных сосудов и средней массе (объему) полезного ископаемого (пород вскрыши) в одном сосуде или по результатам взвешивания всех транспортируемых горных пород. 21. Склад - один или несколько отвалов добытого полезного ископаемого, готовой продукции, дробленого полезного ископае мого и других материалов, расположенных на специально подго товленной территории (открытые склады) или в специальных по мещениях (закрытые склады).
4.1. МАРКШЕЙДЕРСКИЕ РАБОТЫ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ И УЧЕТУ ОБЪЕМОВ ВЫПОЛНЕННЫХ ГОРНЫХ РАБОТ бъемы выполненных горных работ на горном предприятии за отчетный период времени устанавливаются маркшейдерской службой предприятия при производстве маркшейдерских замеров. Замеры горных работ производятся в установленные сроки в присут ствии начальника участка или лица, его замещающего. Перед каждым замером начальник участка обязан привести горные выработки в безопасное состояние. Запрещается производить маркшейдерские за меры в условиях, не отвечающих правилам техники безопасности. В результате этих замеров определяются: • фактическое положение горных работ на конец отчетного периода; • объемы выполненных горных работ по выработкам, экска ваторам, горизонтам и в целом по шахте (руднику) и карьеРУ (разрезу); • наличие остатков полезного ископаемого на складе; • распределение выполненных объемов по видам работ; • соответствие выполненных горных работ утвержденной технической документации и плану развития горных работ. Все измерения, произведенные на месте работ, с отметкой соот ветствия их вышеупомянутым документам заносятся в полевую книгу замеров. При этом отмечаются забракованные работы. Мате риалы замеров подписываются лицом, производившим замер. По левая книга замеров является основным первичным документом, ее заполнение должно быть четким без подчисток, с обязательным ведением необходимой графической документации. Записи долж ны вестись таким образом, чтобы была возможность проконтроли ровать результаты замеров. По результатам маркшейдерского замера заполняются книги за меров горных работ, учета забракованных горных работ, замеров остатков полезного ископаемого на складах и объема закладочных работ и незаложенных пустот (если эти работы производились). Документация по замерам учитывается в инвентарной книге маркшейдерского отдела и хранится в установленном порядке. Полевая, вычислительная, графическая документация и точ ность измерений должны соответствовать требованиям Инструк ции по производству маркшейдерских работ.
О
Если дата маркшейдерского замера не совпадает с концом от четного периода, то объемы добычи вскрыши, проходческих и дру гих работ за период между датой замера и концом отчетного пе риода принимаются на основании справок, выданных за подписью лиц, ответственных за оперативный учет, в объемах, не превы шающих среднесуточного планового производства текущего меся ца. В случае превышения в эти дни фактического суточного произ водства над плановым более чем на 20 % для подтверждения дан ных создается специальная комиссия, которая составляет соответ ствующий акт. Маркшейдерские замеры остатков продукции на складах в кон це отчетного месяца производятся не раньше чем за два дня до его окончания. Маркшейдерская служба горного предприятия несет ответст венность за достоверность определения объемов выполненных горных работ и остатков полезного ископаемого на день замера, за точность съемок и замеров, за правильность контроля соответствия геометрических параметров горных выработок их проектным дан ным в части соблюдения направлений, сечений и габаритов, за ка чество и своевременность ведения маркшейдерской документации. 4,1.1. МАРКШЕЙДЕРСКИЕ РАБОТЫ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ И УЧЕТУ ОБЪЕМОВ ДОБЫЧИ И ВСКРЫШИ НА КАРЬЕРАХ И РАЗРЕЗАХ
М
аркшейдерские работы по определению объемов добычи и вскрышй на карьерах и угольных разрезах (далее везде будет употребляться термин "карьер") производятся, как правило, за 3-5 дней до конца месяца. Замеру подлежит горная масса (полезное ископаемое и вскрышные породы), вынутая и вывезенная из карье ра за месяц. Эти работы регламентируются Инструкцией по производству маркшейдерских работ (утверждена Госгортехнадзором СССР 20 февраля 1985 г.), Межотраслевой инструкцией по определению и контролю добычи и вскрыши, Методическими указаниями по оп ределению объемов вскрыши, переэкскавации и перемещения зем ляных масс и пород при рекультивации (1990 г.) и другими норма тивными документами. На основании этих материалов в отдельных горно-добывающих отраслях разработаны свои инструктивные до кументы, учитывающие специфику горно-геологических условий
на подведомственных предприятиях. Кроме того, некоторые круп ные предприятия с открытым способом добычи утвердили стандар ты предприятия, детализирующие порядок маркшейдерских заме ров и контроля горных работ. Объемы вынутых горных пород по данным маркшейдерской съемки определяют способами вертикальных и горизонтальных сечений и другими способами, обеспечивающими необходимую точность результата. Способы определения объемов выемки горной массы приведены в табл. 4.1. Таблица 4.1 Способ опреде ления объе мов
Формулы подсчета
Параметры
- объем между смежными сече ниями S -площадь сечения а -расстоя ние между смежными При Sh Sj+iy отлича ющихся более чем на сечениями 40 %, а - угол меж-
Для крайних блоков
Рисунки
Область при менения Определение объемов заходок и вы емочных бло ков с вытяну тыми и при мерно парал лельными контурами
центра тяже сти
участках заходок и вые мочных бло ков
Способ опреде ления объе мов
Формулы подсчета
Параметры
V г- объем между смеж i=l ными сече При S„ Sl+l, отличаю ниями щихся не более чем S - площадь на 40 %, сечения у = Si +Si + l h Л- высота I 2 1 сечения При Sh Si+1, отличаю щихся более чем на 40 %, v = Y ,v>
Рисунки
Область при менения
Определение объемов при изображении рельефа гори зонталями
S;+S,+1+ v=I
У=1Ут -1 У щ /=1
7=1
значения VBl и оп ределяют по формуле Vn*=\s(zA+ZB+Zc)-
£
Основанием каждой призмы служит тре угольник, в котором относительно исход ной стороны АВ вы бирают пикетную точку Q при условии Уо = max(y0f), где y0i~ ордината центра опи санной окружности треугольника ABQ
К, К ~ объе мы трехгран ных призм, построенных независимо для верхней и нижней по верхностей тела в грани цах выемки пук - число призм, сфор мированных на верхней и нижней по верхностях соответст венно S - площадь основания призмы
Определение объемов при изображении рельефа в проекции с числовыми отметками
Способ опреде ления объе мов 3
Формулы подсчета
§ § & S н
Я X 2(D fcC Ю О
Область применения
,х
& V
1
Рисунки
Z/ь ZBy Zc В высотные ( К* '• отметки вер JJ i шин призмы \ М 1 АВ - отрезок контура или сторона по строенного треугольника
В
03 Z 0
Параметры
v= s± hi /=1
S - площадь прямоуголь ника И- высота вынимаемого слоя п - число то чек в грани цах выемки
Определение объемов при изображении поверхности в числовых отметках по прямоуголь ной сетке или при равнин ном рельефе, изображен ном в гори зонталях
При подсчете вынутых объемов горной массы возникает задача сопоставления объемов разрыхленных пород и объемов пород в целике, по которым собственно и ведется учет. С этой целью про изводится определение коэффициента разрыхления. Он определя ется на каждом блоке сразу после взрыва и зачистки блока. Отно шение объема разрыхленной массы к объему блока в целике и яв ляется коэффициентом разрыхления. Горная масса замеряется и подсчитывается по каждому блоку. Распределение объемов по экскаваторам (если на блоке работал не один экскаватор) производит начальник участка пропорционально объемам, определенным по данным оперативного учета.
Поскольку дата маркшейдерской съемки не совпадает с концом отчетного периода, то объем горной массы, вынутой за месяц, м3, обычно определяется по формуле V = V M+ V K- V H,
(4.1)
где VM- объем пород, вынутых за период между съемками за пре дыдущий и отчетный месяцы, м3; VK, VH- объем пород, вынутый между съемкой и концом отчетного периода в текущем и преды дущем месяцах соответственно, м3. В забоях, где выемка породы производится без взрывных работ (например, в песчано-глинистых породах) или со взрывными рабо тами, но забои на момент съемки зачищаются, замером определя ется вынутый объем непосредственно по результатам съемки. Проверку достоверности отчетных данных по вскрыше и добы че выполняют один раз в год контрольным подсчетом объемов по карьеру. Если для месячных отчетов принимают данные оперативного учета, то для проверки их достоверности дополнительно выполня ют контрольный подсчет объемов, руководствуясь следующими положениями: • при разработке пород с предварительным взрыванием на зачищенный откос уступа, если взорванные породы отгружают больше чем за месяц, контрольный подсчет объема вынутых пород выполняют по блокам после завершения отгрузки пород; • при разработке пород с предварительным взрыванием на неубранную горную массу, если взорванные породы от гружают больше чем за месяц, контрольный подсчет объе ма вынутых пород проводят за период между двумя съем ками, выполненными перед каждым очередным взрывом. Контрольный подсчет объемов выполняют по планам горных выработок и разрезам, пополненным на конец отчетного периода. Расхождения между объемом, принятым к учету за год, и объе мом по контрольному подсчету не должны превышать значений, приведенных ниже. Объемы вынутых пород, тыс. м3... До 20 Допустимая относительная раз ность объемов вынутых пород при контрольном подсчете, % ............ 15
20-50
50-100
100-200
12
9
6
Объемы вынутых пород, тыс. м3 .... 200500 Допустимая относительная раз ность объемов вынутых пород при контрольном подсчете, % ............ 4
5001000
10002000
Более 2000
3
2
1,5
Если объемы вынутых пород вскрыши определяют по маркшей дерской съемке в разрыхленном состоянии, а затем приводят к объ емам в целике, то приведенные значения увеличивают в 1,5 раза. 4.1.2. МАРКШЕЙДЕРСКИЕ РАБОТЫ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ И УЧЕТУ ОБЪЕМОВ ГОРНЫХ РАБОТ ПРИ ПОДЗЕМНОЙ РАЗРАБОТКЕ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
бъемы выполненных горных работ за соответствующий от четный период определяют по результатам замеров и съемок положений забоев горных выработок и их состояния, отражаемых в маркшейдерской документации (на планах, вертикальных разрезах, книгах замеров и т.п.). Замеру подлежат все камерные и линейные, капитальные, раз ведочные, подготовительные, нарезные и очистные выработки, а также временное и постоянное их крепление, капитальные желез нодорожные пути в них. При производстве замера капитальных, разведочных, подго товительных и нарезных выработок проверяют: • выдержанность выработок по направлению и уклону; • соответствие фактического сечения выработок в проходке и в свету проектным (паспортным) данным; • соблюдение установленных допусков на отставание от за боя крепи и водоотливной канавы. Замеры производят линейным промером расстояний стальной или тесьмяной рулеткой от постоянных маркшейдерских и от замер ных точек (углов стенок в местах пересечения выработок или других характерных мест на стенках и крепи выработок, отмечаемых в на туре специальными знаками) до забоя выработки. По этим промерам определяют подвигание забоя за соответствующий период. При приемке железнодорожных капитальны х путей в выра ботках проверяются: • положение фактической оси пути относительно проектной, закрепленной маркшейдерскими точками;
О
• соответствие фактических уклонов проектным. Укладка временных путей в горных выработках маркшейдер ской службой, как правило, не замеряется, однако при замерах в горных выработках, в которых уложены временные пути, должно быть проверено соответствие фактических зазоров и высотного по ложения путей требованиям инструкций. Замеру подлежат все виды крепи выработок, включая вре менное крепление, при этом в акте замера выделяется каждый вид крепи по каждой выработке. При замере крепления маркшейдер проверяет соответствие фактических геометрических параметров крепления паспортным (проектным), а также положение крепления относительно оси выработки в плане и по высоте. Замер взрывных скважин производится маркшейдером в те чение месяца по мере готовности скважин. При замере проверяется расстояние между веерами (привязывается каждый веер к съемоч ным маркшейдерским точкам), глубина и угол наклона каждой скважины. Угол разворота скважин проверяется при необходимо сти в выборочном порядке. Методика маркшейдерских работ, связанных с определением объемов добытого полезного ископаемого, зависит от применяемой системы разработки. Замер границ очистных работ при системах с открытым вырабо танным пространством (камерные системы) с различными спосо бами отбойки производится обычным измерением рулеткой с при вязкой к постоянным или временным маркшейдерским точкам. Съемка очистных камер может производиться с помощью специ альных инструментов и приборов. Контурные точки забоя определяются со средней квадратичной ошибкой 0,15-0,25 м. При системах разработки с этажным и подэтажным обрушением с отбойкой руды глубокими скважинами или минными зарядами очистное пространство съемке и замеру не подлежит, а объем от битой руды определяется косвенным способом по контурам на планах и разрезах, построенных на основании результатов съемки и замера взрывных скважин или минных зарядов. П риемка объемов отбойки руды и вмещающих пород мае* совыми взрывами производится на основе акта, утвержденного руководителем предприятия. Акт составляется через несколько дней после взрыва. Во время осмотра маркшейдер должен привя
зать фактические границы отбойки (обрушения) к съемочным маркшейдерским точкам в буровых, подсечных и других выработ ках и затем нанести их на соответствующие планы и разрезы. Дос туп для осмотра разрешается после приведения выработок в безо пасное состояние. В случае отсутствия доступа к границам обру шения для их привязки за фактические границы отбойки секции принимается положение последнего веера (ряда) взрывных сква жин, заснятых до массового взрыва. Объем отбойки подсчитывает ся по маркшейдерским планам и разрезам. Количество добытой руды за отчетный период в целом по шахте (руднику) определяется по данным весового учета отгрузки ее по требителю с учетом остатков руды на складах (бункерах) на начало и конец отчетного периода, подтвержденных актом о наличии ос татков на складе. Учет добытой руды раздельно по камерам, блокам, участкам и в целом по шахте (руднику) ведется на основе весового учета руды в вагонетках. На шахтах (рудниках), не имеющих весов, количество добытой руды определяется путем оперативного учета. Объем закладочных работ устанавливается по объему вырабо танного пространства с учетом определяемого из контрольно смотровых выработок уровня закладки на конец отчетного перио да. При маркшейдерском замере работ, связанных с закладкой вы работанного пространства, маркшейдерская служба несет ответст венность за достоверность определения геометрических парамет ров выработанного пространства, подлежащего закладке, за опре деление объемов закладочных работ, выполненных за отчетный период, и объем оставшихся незаложенных пустот при наличии контрольно-смотровых выработок. Все предъявляемые к замеру горные выработки должны быть зачищены, обезопашены, освещены, подготовлены для беспрепят ственной проверки их направления, уклонов, сечения, зазоров, должен быть обеспечен безопасный доступ к ним. Выработки, технология проходки которых не позволяет произ водить замеры по всем сечениям или по всей высоте (например, проходка камер большей площади сечения и др.), должны предъяв ляться к маркшейдерским замерам с такой периодичностью, чтобы обеспечить полный контроль всей выработки.
Д
ля определения объемов добычи полезных ископаемых за от четный период производят ежемесячно (желательно в один и тот же день) замер полезного ископаемого в бункерах, штабелях и отвалах. Замер в бункерах с известной емкостью заключается в опреде лении части (в процентах) загрузки бункера. Определение объемов штабелей (отвалов) производят по дан ным наиболее приемлемого способа съемки: рулеточного замера, способа профилей, тахеометрической или мензульной съемки. Для ПЭВМ разработана программа определения объемов и ав томатического построения планов крупных складов и отвалов по результатам тахеометрической съемки, которая полностью автома тизирует камеральные работы маркшейдера. Съемку штабеля производят рулеточными замерами по се чениям. Объем штабеля вычисляют методом параллельных сече ний: (4.2)
V
z
2
J
Объем высокого отвала определяют по изолиниям высот отвала. Последние строят по данным тахеометрической съемки на плане в крупном масштабе (1:200 - 1:500). Объем определяют объемной палеткой Соболевского: V = (й£,Щ,
(4.3)
где со - площадь основания палетки в масштабе плана; /и,- - отметка высоты (мощности) отвала в точке палетки, определяемая по изо линиям высот. Объем невысокого отвала определяют нивелированием поверх ности отвала по линиям или сетке. Нивелир устанавливают на по верхности отвала. Рейку ставят по линии (например, IV) в харак терных точках профиля. По разности отсчетов по рейке, удаление которой от точки (например, 1, 2, 3 и пр.) измеряют рейкой или ру леткой, строят профиль в крупном масштабе. Определяют площади сечений, вычисляют объем отвала по формуле параллельных сечений.
Определение объемов выполненных работ по данным замеров и маркшейдерских съемок в настоящее время производят с использо ванием компьютерных съемок. Для вычисления запасов полезного ископаемого помимо объема необходимо определить объемную массу как в целике, так и на складе. Определение объемной массы полезного ископаемого Объемную массу полезного ископаемого в целике определяют способом пробной вырубки, путем лабораторных определений и аналитического подсчета. Способ пробной вырубки. В забое без применения ВВ произво дят выемку полезного ископаемого в виде правильной геометриче ской фигуры объемом 2-5 м3. Вырубленную массу взвешивают. Получают объемную массу у, т/м3. Погрешность определения у пробной вырубкой составляет 2—4 %. Лабораторное определение объемной массы полезного ископае мого по методу гидростатического взвешивания. Образцы полезно го ископаемого массой 200-400 г очищают щеткой от пыли и взвешивают на технических весах с точностью 1 г. Затем образцы помещают в сосуд с водой и кипятят. Насыщенные водой образцы обтирают и снова взвешивают с точностью до 0,1 г. Далее образцы взвешивают с точностью до 0,1 г в воде на гидростатических весах. Объемную массу образца определяют по формуле —
(4.4) Р ъ -Р г
где Р\, Р2, Ръ - масса образцов соответственно до насыщения во дой, после насыщения водой и в воде. Точность определения объемной массы лабораторным методом 2% . Аналитическое определение объемной массы полезного иско паемого. Объемную массу вычисляют на основе установленной корреляции объемной массы и известного содержания тех или иных компонентов. Определение объемной массы полезного ископаемого в штабелях (отвалах) Значение объемной массы полезного ископаемого в штабелях (отвалах) зависит от качественного состава полезного ископаемого
(например, от зольности угля), его плотности, содержания в нем примесей (породы), крупности кусков (степени разрыхления), влажности и степени уплотнения, длительности содержания в от валах. Объемную массу полезного ископаемого в отвалах опреде ляют: замером объема и взвешиванием полезного ископаемого не больших штабелей; замером объема и взвешиванием полезного ис копаемого, погруженного в железнодорожный вагон; способом пробной вырубки, закладкой ящиков определенных размеров в от вал с последующим взвешиванием заполнившего их полезного ис копаемого; взвешиванием полезного ископаемого, насыпанного в ящик правильной формы и определенного объема. Последний из перечисленных способов дает наиболее удовле творительные результаты определений объемной массы при усло вии, что полезное ископаемое - сухое измельченное. При этом вво дят поправку AR за уплотнение его в отвале. Значения поправки AR при продолжительности хранения угля в отвале при сухой погоде: до 1 мес. - 0,02; до 2 мес. - 0,03; до 6 мес. - 0,04; свыше 1 года - 0,08. При хранении угля в дождливую погоду поправку AR прини мают соответственно 0,04; 0,05; 0,06; 0,08. В ящик засыпают уголь, отбираемый из точек, равномерно распределенных на глубине 0,51 м от поверхности штабеля (отвала). Размер ящика принимается для рядового угля 1x1x1 м, а для крупного - 2x2x1 м. Для каждой разновидности угля производят несколько определений объемной массы. Для различных классов крупности и зольности антрацитов, бурых и каменных углей объемную массу определяют раздельно. Погрешность определения объемной массы в отвалах и штабелях составляет 2—3 %. 4.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ И УЧЕТ ПОТЕРЬ И РАЗУБОЖИВАНИЯ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ ПРИ ДОБЫЧЕ пределение величины потерь и разубоживания полезных ис копаемых и их учет при добыче традиционно проводится в основном с целью выявления мест потерь, определения сверхнор мативных потерь, причин их образования, разработки конкретных мероприятий по их оптимизации, а также для решения вопросов, связанных с извлечением ранее потерянных запасов при повторной разработке месторождения (участка).
О
При введении платежей за право добычи полезных ископаемых определение и учет величины нормативных и сверхнормативных потерь стали необходимыми при расчете размеров платежей горно го предприятия за пользование недрами. В "Типовых методических указаниях по определению и учету потерь твердых полезных ископаемых при добыче", утвержденных Госгортехнадзором СССР 28 марта 1972 г., содержится "Единая классификация потерь твердых полезных ископаемых при разра ботке месторождений", которая является основой для: • единообразного учета потерь полезных ископаемых по ви дам в процессе разработки месторождения; • контроля за полнотой извлечения полезного ископаемого из недр на различных стадиях технологического процесса до бычи; • решения практических задач по рациональному использо ванию минеральных ресурсов и охране недр. Данная классификация является единой для всех отраслей горно-добывающей промышленности и была использована при со ставлении отраслевых классификаций, в которых учитывается спе цифика горных работ, присущая данной отрасли. В соответствии с "Единой классификацией..." потери твердых полезных ископаемых при разработке месторождений разделены на два класса: общешахтные (общерудничные, общекарьерные, общеприисковые) потери и эксплуатационные потери. К первому классу отнесены запасы полезных ископаемых в различного рода охранных целиках, которые оставляются в не драх после погашения горизонта, участка или ликвидации горно добывающего предприятия и безвозвратно теряются. До этого они должны находиться на учете как временно неактивные запа сы. Если охранные целики являются временными и проектом предусмотрена полная или частичная их отработка, запасы в них не относятся к потерям и числятся как временно неактивные. Потери, отнесенные к первому классу, исчисляются в весовых единицах и в процентах от общих балансовых запасов горного предприятия. Ко второму классу отнесены потери при добыче полезных иско паемых, которые также исчисляются в весовых единицах и в про центах по отношению к погашаемым балансовым запасам. Потери этого класса разделены на две группы. К первой отнесены потери
полезного ископаемого в массиве, ко второй - потери отделенного (отбитого) от массива полезного ископаемого. В первую группу входят потери: • в недоработанной части целиков у подготовительных выра боток; • в целиках внутри выемочного участка; • в лежачем и висячем боках залежи; • в местах выклинивания и на флангах залежи; • между выемочными слоями; • в подработанных частях залежи; • в целиках пожарных, затопленных, заваленных участков; • в целиках у геологических нарушений. Во вторую группу включены потери: • в подготовительных и очистных забоях при совместной вы емке и смешивании с вмещающими породами; • оставленные в выработанном пространстве; • в местах обрушений, в завалах, в пожарных и затопленных участках; • в местах погрузки, разгрузки, складирования, сортировки, на транспортных путях горного предприятия. Определение, учет и оценку достоверности показателей полно ты и качества извлечения, а также потерь твердых полезных иско паемых при добыче осуществляют маркшейдерская и геологиче ская службы горных предприятий с привлечением при необходи мости других подразделений и служб. "Типовыми методическими указаниями..." предусмотрены два основных метода определения потерь и разубоживания полезных ископаемых при добыче: прямой и косвенный. Прямой метод основывается на непосредственном измерении объемов потерянных полезных ископаемых и примешанных пус тых пород, определении их плотности и опробовании качества по терянных полезных ископаемых. Этот метод является основным, поскольку обеспечивает наи большую достоверность определения потерь и разубоживания по лезного ископаемого. Его применяют при системах разработки, позволяющих производить съемку и замеры в отработанных вы емочных единицах. Сущность этого метода заключается в система тически производимых съемках и замерах объемов потерь полезно
го ископаемого и объемов примешиваемых пород, составлении контуров тел полезного ископаемых, отображаемых на геолого маркшейдерских планах и разрезах, с контурами фактической от работки. Объем потерянной части полезного ископаемого устанав ливают по замеру и опробованию пройденных на контакте горных выработок, шпуров и скважин. Например, величина потерь полезного ископаемого в целике определяется как произведение средней площади сечения целика, средней высоты целика и плотности полезного ископаемого. Потери руды Яр, полезного компонента 77к и разубоживания Р от количества погашенных запасов Б и добытой рудной массы Д при прямом методе определяют по формулам Яр = 2 -^ 1 0 0 % ; ь
(4.5)
П - U L E l.ю о % ; Бс
(4.6)
Р =^ - т % .
(4.7)
д
В этих формулах Х/7, - сумма отдельных видов потерь; с - со держание полезного компонента в погашенных запасах; ci - со держание полезного компонента в каждом виде потерянной руды; В - масса примешиваемых пород. При косвенном методе количество потерянного полезного иско паемого определяется расчетным путем с использованием качест венных и количественных показателей погашенных запасов и до бытого полезного ископаемого. Величина потерь в этом случае определяется из выражения п - б~
где Б - балансовые запасы, т; Д - добытое из недр полезное иско паемое, т; а - содержание полезного компонента в добытом полез ном ископаемом; 6 - содержание полезного компонента в приме шанных породах; с - содержание полезного компонента в балансо вых запасах.
Величина разубоживания Р устанавливается по снижению со держания полезного компонента в добытом полезном ископаемом а по сравнению с содержанием с в погашенных балансовых запасах. Р =( с - а ) / ( с - Ь ) .
(4.9)
Общий порядок учета и документирования потерь и разубожи вания полезных ископаемых при добыче на горных предприятиях регламентируется "Типовыми методическими указаниями" и от раслевыми инструкциями. В соответствии с данными документами основные требования к учету потерь и разубоживания полезных ископаемых при добыче сводятся к следующему. Учет потерь и разубоживания полезных ископаемых должен от ражать конкретные места их образования, состояние и фактическое качество потерянного полезного ископаемого, стадию производст венного процесса, на которой образовались потери и причины от клонения фактического размера потерь от нормативного. Причины отклонения должны устанавливаться техническим руководством горного предприятия и его геолого-маркшейдерской службой. Различают первичный и сродный учет потерь полезного иско паемого. Первичный учет включает ведение книги подсчета размеров потерь и количества примешанных пустых пород и книги первич ного учета фактических потерь и разубоживания. Обязательным приложением к книгам первичного учета потерь являются марк шейдерская и геологическая графическая документация. Книги учета потерь заполняются ежемесячно не позднее 10-го числа месяца, следующего за отчетным. Порядок заполнения книг излагается ниже. Порядок заполнения "Книги подсчета размеров потерь и коли чества примешиваемых пустых пород" (табл. 4.2) устанавливается для каждого карьера, рудника, шахты раздельно и ведется в тече ние всего периода его существования. В ней по материалам марк шейдерской и геологической съемок и опробования ведется непо средственный расчет размеров потерь полезного ископаемого и потерь полезного компонента в массиве и в отбитом состоянии, а также количества примешанных к полезному ископаемому пустых пород или некондиционных полезных ископаемых. Во избежание пропусков книга заполняется постоянно по мере образования дан ного вида потерь или примешивания пустых пород.
В графе 1 указывается место, где образовались потери или при мешались пустые породы. В случае необходимости указывается, в пределах какой добычной заходки и в пределах каких пикетов на ходится данная подсчетная фигура. В графе 2 указывается вид потерь или разубоживания согласно рассмотренной выше классификации. В графе 3 ставится номер подсчетной фигуры, для которой про изводится подсчет потерь или примешанных пустых пород. Этот же номер должен быть проставлен на плане подсчета потерь и при лагаемых к книгам разрезах. Во избежание путаницы целесообраз но принять сквозную нумерацию фигур. Площадь в графах 4 и 9 определяется по маркшейдерской съем ке потерянных запасов или по геологическим разрезам (фронталь ным планам). Таблица 4.2
Книга подсчета размеров потерь и количества примешанных пустых пород Уступ, гори зонт, блок
1
Потери полезного ископаемого Вид Потери Номер потерь Среднее полез под Средняя Плот (разуного содер счетной Пло мощ ность, жание, божищадь, м2 иско фигуры ность, м т/м3 вания) % паемо го, т 2
3
4
5
6
7
8
Окончание табл. 4.2
Примешанные пустые породы (некондиционное полезное ископаемое)
Вид Номер Уступ, потерь под гори (разу счет Пло зонт, божи ной щадь, блок вания) фигуры м2 1
2
3
9
Сред няя мощ ность, м 10
Среднее со Масса Плот держание приме ность шан полезного пород ископаемого ных т/м3 в примешан пород, ной массе, % т 11
12
13
Книга первичного учета фактических потерь и разубоживания
Карьер, рудник
Блок, горизонт, уступ
В почве (лежачем боку)
В местах вклинивания залежи
В целиках у геологических нарушений
В пожарных, затопленных и заваленных участках
В кровле (висячем боку)
При селективной выемке
При переэкскавации
При буровзрывных работах При транспортировании и на складах В пожарных, затопленных и заваленных участках
В результате окисления
Фактические эксплуатационные потери полезного ископаемого, тыс. т. полезного компонента в массиве отбитого всего
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 и
13 14 15
12
Количество
%
Продолжение табл. 4.3 Разубоживание Общекарьерные потери Плановые Фактическое эксплуата Количество Плановое, Количество ционные пустых пород, % % пустых пород, % потери, % тыс. т тыс. т 16 17 19 20 21 18 Окончание табл. 4.3 Погашено запасов
Извлечено (добыто)
Коэффициент Коэффициент изменения каче извлечения Кн ства Кк
Среднее КоСреднее ли- содержа Коли содержание Пла Фак- Пла Факти чест- ние полез чество, полезного новый, ти- новый, ческий, чесво, ного ком тыс. т компонен % % % кий, % тыс. понента, та, тыс. т тыс. т т 22
23
24
25
26
27
28
29
В графе 5 приводится средняя мощность теряемых запасов в фи гуре, которая определяется по данным бурения. Аналогично опре деляется средняя мощность в графе 10. Плотность полезного ископаемого (графа 6) и плотность при мешиваемых пустых пород (графа 11) определяются по специаль ным методикам. Плотность полезного ископаемого приводится в сухом состоянии. Средние содержания полезного компонента в полезном иско паемом и некондиционном полезном ископаемом (графы 7 и 12) определяются по данным опробования. В графе 8 в числителе проставляются размеры потерь полезного ископаемого, а знаменателе - потери полезного компонента. Поте ри полезного ископаемого и масса примешанных пустых пород оп ределяются перемножением соответственно данных граф 4-6 и 9 11, а размеры потерь полезного ископаемого - перемножением граф 4-7. В конце каждого месяца перед заполнением "Книги первичного учета фактических потерь и разубоживания" данные граф 8 и 13 суммируются. Кроме того, ведется сумма нарастающим с начала года итогом. Данные книги служат исходным материалом для ежемесячного заполнения "Книги первичного учета фактических потерь и разу боживания" (см. табл. 4.3). "Книга первичного учета фактических потерь и разубоживания" является основным документом, характеризующим использование недр горным предприятием. В графе 1 приводится название карьера, рудника. В графе 2 указывается блок, горизонт или уступ, в пределах ко торого имели место потери и разубоживание. Данные для граф 3-13 и 19 выбираются из "Книги подсчета ..." (графы 8 и 13). При заполнении граф в числителе указываются по тери полезного ископаемого, а в знаменателе - потери полезного компонента. Графа 14 является суммой граф 3-13. Графа 15: числитель представляет собой отношение графы 14 к графе 24; знаменатель представляет собой отношение графы 14 к произведению графы 24 на графу 25. Плановые потери (графа 16) берутся из плана развития горных работ за отчетный период.
З^еО-ИЗОЭ 9^ ‘энх ‘Hdaxou эгаяихБМЙонх^эаэ в£ хэжЯоф а онэознд
ахa й
001
001
(ZT -dj + i-d s ) cn ---------------------- xtiHatiodu ст ( o o i х г \ -di) ИМЭЭЬИХЯВф
CN
х (9 'di : 6 ‘di) % ‘эычдоЯ Hdu Hdaxojj х (9 ’d i : £'di) % ‘dlteH ей онэьэггаси
Потери при добыче
§U
Разубоживающие породы (некондицион ное полезное ископаемое)
игеяхэвьХ отиньошэпн pvhhhbxoqecLlo ”3omoOHirou ou Mdsiou 9 i4 HHHiEwdoHxd9 a3
ЭИМЭЭЬИХЯБф
эгшаихвж1он dtf9H ей (oH9h9ira£M) 0 x1 4 9 0 ^
О
OS
00 r-
(6 *di + /,‘di) аоэшвс онэтшоц vo И Я О Э ou Voy[
KHH0d9W£H ВПИНИЯg "3HMXogizdrad 9 0 0 0 0 3
m
хнэнокшон иннеэнои ‘(EMdm ‘irnx ‘xdoo) эогоэшояэи эонеэиоц Уо=— п п
(Ю.15)
Координаты центра тяжести теодолитного хода определяют также путем графических построений в масштабе 1:2000 - 1:5000. Значения т] и £ для каждой точки хода определяют графически, считая на чертеже точку центра тяжести хода началом координат или вычисляют по формулам: Т \г= У \-У ъ \Ъ = А -* 'о -
(Ю-16)
ертикальной съемкой называют измерения, проводимые в оп ределенной последовательности для определения превышений одних точек над другими. По высотам исходных пунктов и превы шениям вычисляют высоты точек различных объектов съемок. В подземных горных выработках нивелирование производят для определения координаты Z пунктов опорной и съемочной сетей, закрепленных в различных местах горных выработок, и для реше ния инженерно-технических задач. К последним относятся: прове дение выработок с заданным уклоном; контроль за уклоном рель совых путей; составление профилей горных выработок; задание направлений горным выработкам в вертикальной плоскости, про водимыми встречными забоями; определение положения горных выработок по высоте относительно друг друга и относительно земной поверхности; определение высот различных точек, отно сящихся к поверхности кровли и почвы залежи, разрывных нару шений, местам взятия проб и т.п. для решения горно-геометри ческих задач. Различают три вида подземного нивелирования: геометриче ское, тригонометрическое и передача координаты z через верти кальную выработку. Нивелирование производят от опорных вы сотных пунктов - реперов маркшейдерской сети. В практике возможны случаи передачи высот на пункты под земной маркшейдерской сети по горизонтальным, наклонным и вертикальным выработкам (рис. 10.4). Во всех случаях у устьев горных выработок закрепляют реперы, высоты которых определяют геометрическим нивелированием не ниже IV класса от опорной сети на поверхности. В горизонтальных выработках координату z передают геомет рическим нивелированием от подходных реперов. По наклонным выработкам с углом наклона больше 5 - 8 ° высо ты передают тригонометрическим нивелированием. Через вертикальную выработку высоты передают с помощью длинной шахтной ленты, опускаемой в ствол глубиномера или светодальномера. Передача высоты должна осуществляться дважды. Разности вы сот, полученных двумя независимыми способами, не должны пре вышать:
В
Рис. 10.4. Виды подземной вертикальной съемки
• при передаче через вертикальный ствол Ah < (10 + 0,2/i), мм, где Н - глубина, м; • при передаче по горизонтальным выработкам Ah < 50VZ (мм); • при передаче по наклонным выработкам Ah < 1ООл/ Z , где L длина хода нивелирования, км. Общая схема передачи координаты г с поверхности в шахту На земной поверхности имеется пункт А (см. рис. 10.4) государ ственного нивелирования, высота z которого определена от нуля Кронштадтского футштока. Требуется определить высоту точки F, закрепленной в горной выработке. Чтобы определить высоту (координату z) точки F относительно точки А , необходимо: 1. Произвести геометрическое нивелирование не ниже IV класса точности на земной поверхности от пункта А до пункта В, заложенного вблизи устья шахтного ствола. Этот вид нивелирова ния, выполняемый маркшейдером, ничем не отличается от нивели рования, выполняемого геодезистом.
2. Определить превышение пункта В над пунктом С, заложен ным в околоствольном дворе шахты. Этот вид нивелирования на зывается передачей координаты z через вертикальный ствол. 3. Определить превышение пункта D над пунктом С в горных выработках одного и того же горизонта. Это выполняется с помо щью подземного геометрического нивелирования. Оно проводится в горных выработках с углом наклона до 8 °. Принцип геометриче ского нивелирования в подземных горных выработках остается та ким же, что и при нивелировании на земной поверхности. Здесь лишь следует иметь в виду, что если репер (или пикет) закреплен в кровле выработки, а рейка прикладывается к реперу нулевым кон цом, то при вычислении превышения h на станции отсчет по такой рейке имеет знак минус. Например, h = 3 - (-77), где 3 - отсчет по задней рейке; 77 - отсчет по передней рейке на пикете, закреплен ном в кровле выработки. По методам измерений и требуемой точ ности геометрическое нивелирование относится к классу техниче ских нивелировок. В зависимости от конфигурации выработок в плане и удаленно сти опорных пунктов друг от друга при техническом нивелирова нии прокладывают замкнутые ходы или висячие в прямом и об ратном направлениях. При этом расстояние между нивелиром и рейками (пикетами) не должно превышать 1 0 0 м, расхождение в превышениях на станции, определенных по черным и красным сторонам реек, не должно превышать 10 мм. Невязки ходов техни ческого нивелирования не должны превышать 50y[Z (в мм), где L длина хода (в км). 4. Определить превышение пунктов D n E (см. рис. 10.4). В гор ных выработках с углом наклона более 5° эту задачу решают с по мощью тригонометрического нивелирования. При этом измеря ют четыре величины: / - длину стороны хода, 5 - вертикальный угол стороны, i — высоту теодолита и о - высоту сигнала. Превы шение вычисляют из выражения h = /sin 5 + / - о. Если один или оба пункта (Е и D) закреплены в кровле выработ ки, то значения i и v имеют знак минус. В нашем случае h —/sin 5 + + (-/) - (-v) = /sin5 - 1 + v. При передаче высот с помощью тригонометрического нивели рования маркшейдерские работы должны удовлетворять следую щим требованиям:
В полигонометрии
Расхождение между двумя измерениями длины Расхождение значений места нуля в начале и конце хода не должно превышать, у гл. мин Разность превышений, мм, для одной и той же линии /, мм.......................................................... Расхождение между двумя определениями вы соты теодолита или сигнала, мм....................... Разность в превышениях, мм, всего хода длиной L, км.............................................................
В теодолитных ходах
1/3000
1/1000
1,5
3
0,4
1/1000
5
10
ЮОл/Z
1204 1
Вертикальные углы измеряют теодолитом Т15 при двух поло жениях круга в прямом и обратном направлениях. Стороны хода измеряют в соответствии с требованиями для линейных измерений в подземных полигонометрических ходах. Высоты теодолита и сигналов измеряют рулеткой дважды, отсчеты берут до миллимет ров. Превышения для каждой линии хода определяют из прямого и обратного нивелирования. Реперы закладывают на каждом горизонте горных выработок, как правило, в почве выработки, т.е. в местах, обеспечивающих наибольшую их сохранность на все время ведения горных работ на данном горизонте. Реперы закладывают в околоствольном дворе, в основных горных выработках по мере их подвигания парами на расстоянии от 20 до 50 м один от другого. Расстояние между пара ми реперов на одном горизонте не должно превышать 2 км. Место закладки репера отмечается на стенке выработки маркой с указани ем наименования репера. Конструкция реперов может быть такой же, как и пунктов опорной маркшейдерской сети. Тригонометрическое нивелирование по наклонным выработкам в опорных маркшейдерских сетях производят чаще всего одновре менно с проложением полигонометрического хода, а в съемочных сетях - одновременно с проложением теодолитного или угломер ного ходов. Для определения высот пунктов съемочной сети исходными яв ляются пункты полигонометрии. Погрешность и накопление ошибок при геометрическом нивелировании На величину погрешности определения высотной отметки конеч ной точки влияют погрешность отсчета по рейке и число установок нивелира по ходу. Среднеквадратическая ошибка отсчета по рейке
где mv и mt - пофешности визирования и отсчитывания по рейке соответственно. Для шахтных условий ошибку визирования принимают • 100" < = ------, о
(10.18)
где и - увеличение трубы нивелира. При расстоянии / от рейки до нивелира эта ошибка выразится ор
(Ю.19)
Принимая погрешность приведения в шахте уровня в горизон тальное положение равной 0 , 2 цены деления t уровня, получим „ 0,2/7
( 10.20)
Р" Таким образом, т'0 = ± - М 1 ° М + 0,04(г")2 . Р V О
(10.21)
Суммарная погрешность превышений по ходу геометрического нивелирования, за исключением ошибки отметки начального репера, mTh=m0yj2 л»
( 1 0 .2 2 )
где п - число станций. Погрешность тригонометрического нивелирования На величину погрешности определения высотной отметки ко нечной точки хода влияют: погрешность измерения угла наклона тЬ, число сторон хода я, погрешность измерения наклона б и зна чение длины / сторон хода. Среднеквадратическая ошибка суммы превышений в ходе три гонометрического нивелирования Мы, где углы наклона сторон незначительно отличаются друг от друга, определяется по формуле M \h = —(sin 2 5mf + 12 cos2 5m% + m2^ + m*n) ,
(10.23)
где / и 6 —средние значения соответственно длины линий и угла наклона в ходе; /я/ - средняя погрешность измерения наклонной длины линий; т Рз и м р„ - соответственно средние погрешности из мерения высоты нивелира и высоты сигнала (погрешность измере ния каждой из этих величин обычно равна ± 2 мм). 10.3. ОРИЕНТИРНО-СОЕДИНИТЕЛЬНЫЕ СЪЕМКИ 10.3.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
П
од ориентирно-соединительными съемками понимают уста новление геометрической связи подземных съемок со съемка ми на поверхности. Эти работы относятся к капитальным марк шейдерским работам. Они выполняются с высокой точностью и служат базой для создания маркшейдерской опорной сети в горных выработках. Целью ориентирно-соединительных съемок является создание на каждом горизонте горных работ шахты (рудника) опорной марк шейдерской сети в системе координат, принятой на поверхности. В результате ориентирования представляется возможным составлять планы горных работ в единой системе координат с планами земной поверхности. Ориентирование необходимо для задания направления горным выработкам, проведения их встречными забоями, для раз вития горных работ согласно проекту, обеспечения правильного взаимного расположения выработок и сооружений на поверхно сти, установления границ безопасного ведения горных работ, ох раны зданий, сооружений и земной поверхности от влияния гор ных выработок и решения ряда других ответственных инженернотехнических задач. Ориентирно-соединительные съемки разделяют на горизонталь ные и вертикальные. Горизонтальные съемки производят на основе решения задачи центрирования - определения координат Jt и у и ориентирования определения дирекционных углов а подземной опорной маркшей дерской сети. Вертикальные соединительные съемки производят для передачи высот точек с земной поверхности в горные выработки. В ряде случаев их выполняют самостоятельно, отдельно от горизонталь ной съемки.
На ориентируемом горизонте необходимо определить коорди наты х, у z одной точки и дирекционный угол а одной стороны в системе координат, принятой на поверхности. Наиболее ответственной частью горизонтальной соединитель ной съемки является определение дирекционного угла а первой стороны подземной опорной сети. Допустим, что при проецировании с помощью отвеса точки А с поверхности в шахту допущена линейная ошибка /. В результате этой ошибки при известном дирекционном угле одной из сторон, например 2-3, вместо безошибочного теодолитного хода А -1 -2 —3— п - К по горным выработкам будет проложен ход А '-2 '-3 '-п !-К . Последняя точка хода К сместится за счет сделанной ошибки также на величину /, как и все другие вершины хода. Поскольку при проецировании точки эта погрешность мала (5 7 мм), то она практически не оказывает влияния на точность ре шаемых горно-технических задач. Если погрешность сделана в передаче дирекционного угла а на величину та, то это вызовет поворот всего полигона. Точки теодолит ного хода от ствола шахты к ее крыльям будут все более отходить от истинного (безошибочного) положения пропорционально расстоя нию R, и на крыле шахты линейная погрешность составит величину (10.24) Р где р = 3438'. Учитывая важность соединительных съемок, предусматривается двойное независимое их проведение. При этом разность между двойным независимым ориентированием по определению дирек ционного угла первой стороны подземной съемки должна быть не более 3', т. е. (10.25) a i ~ а 2 =та < У . Из двух независимо полученных значений cti и а 2, если резуль тат в пределах допуска, за окончательный принимают а ср. Передачу координат x , y , z в горные выработки на пункты опор ной сети производят также независимо дважды. Ориентирование может быть выполнено геометрическими, вклю чая оптические, и физическими методами. К последним относят магнитное и гироскопическое ориентирование.
При геометрических методах осуществляется непосредственная связь между земной поверхностью и горными выработками. Физи ческие методы позволяют определять дирекционные углы сторон без использования непосредственной геометрической связи горных выработок с поверхностью. Передачу координат х9у в этом случае производят самостоятельно с помощью отвеса, а координату z — с помощью приборов для измерения длин или нивелированием. В зависимости от того, как соединены горные выработки с зем ной поверхностью или между горизонтами различают три случая ориентирования: через штольню, наклонный ствол, через один вер тикальный ствол, через два и несколько вертикальных стволов. Ориентирование через штольню или наклонный ствол произво дят методом прокладывания полигонометрии с поверхности в шах ту дважды с выходом на первую сторону подземной съемки. При этом расхождение в результатах ориентирования не должно пре вышать 3'. В выработках с углами наклона до 8 ° высоты передают геометрическим нивелированием, а с углами наклона свыше 3 ° тригонометрическим нивелированием. 10.3.2. ГИРОСКОПИЧЕСКАЯ ОРИЕНТИРНО-СОЕДИНИТЕДЬНАЯ СЪЕМКА
сновы гироскопического ориентирования. Гироскоп - это быстровращающееся тело, масса которого расположена симмет рично по отношению к оси вращения. Примером простейшего ги роскопа является волчок. Чем быстрее скорость его вращения, тем устойчивее заданное направление оси вращения. Различают гиро скопы свободные и несвободные. Свободный гироскоп имеет три степени свободы, т.е. вращение его может происходить относительно трех взаимно перпендику лярных осей. Если свободный гироскоп лишить одной степени свободы, то он превращается в двухстепенной, приобретает ориентирующее свой ство, т.е. становится гирокомпасом. У такого гирокомпаса ось вращения очень чувствительна к вра щению Земли. В результате ось гирокомпаса устанавливается па раллельно земной оси, т.е. в направлении географического мери диана в данной точке. В нашей стране руководящая роль в конструировании и изго товлении маркшейдерских гирокомпасов принадлежит ВНИМИ,
О
где созданы специальное конструкторское бюро, лаборатория ги роскопии и опытно-экспериментальный завод по изготовлению новых маркшейдерско-геодезических приборов. Основными приборами для гироскопического ориентирования шахт в настоящее время являются МВТ4, МВТ12. Кроме того, из вестны цифровой маркшейдерский гирокомпас МВЦ-4 с выводом результатов измерений на цифровое табло, МВБЗ - малый гиро компас для повседневных маркшейдерских работ, МВГ1, НТВ маркшейдерская взрывобезопасная гиронасадка. Большие работы по изготовлению маркшейдерско-геодезичес ких гирокомпасов ведутся в Венгрии, США, Германии и других странах. Изготавливаемые зарубежными фирмами гирокомпасы получили название гиротеодолитов. В СССР основными марк шейдерскими гирокомпасами стали торсионные МВТ2 и МВТ4. Они предназначены для ориентирования подземных опорных маркшейдерских сетей, а также для ориентирования и контроля подземной съемки. Масса гиромотора и угломерной час ти - 16 кг. Масса всего ком плекта - 33 кг. Точность оп ределения гироскопического азимута 30", продолжитель ность одного определения ази мута 25 мин. Центрирование и горизонтирование гирокомпа са производят так же, как и теодолита. В отличие от МВТ2 гиро компас МВТ4 (рис. 10.5) кон структивно выполнен в одно корпусном исполнении. В од ном приборе, устанавливае мом на штативе, объединены гироблок и измерительный блок. Блок питания - преоб разователь и аккумуляторная Рис. 10.5. Гирокомпас МВТ4: батарея размещены вместе с 1 - зеркало подсветки; 2 - угломерная гироблоком в общем взрыво часть; 3 - трегер; 4 - штатив; 5 - гиро безопасном корпусе. приставка
Работу по измерению дирекционного угла стороны подземного хода гироскопическим способом выполняют в следующем порядке: • рекогносцировка; • определение гироскопического азимута исходной стороны на земной поверхности и вычисление поправки гирокомпаса; • определение гироскопических азимутов ориентируемых сторон в шахте; • вычисление и оценка точности результатов. Рекогносци ровку производят до начала работы. Ее цель - выбор схемы проведения работ и выбор исходной и ориентируемых сто рон и точек установки гирокомпаса. За исходное направление на поверхности принимают сторону АВ (рис. 10.6,я) триангуляции или полигонометрии, дирекционный угол которой известен. Гирокомпас устанавливают на одном из пунктов исходной стороны, например в точке А. Включив электропитание, гирокомпас переводят в рабочий ре жим. После стабилизации режима (разгона гиромотора) приступа ют к наблюдениям за колебаниями чувствительного элемента (ЧЭ) с помощью автоколлиматора. Вычисляют отсчет N по лимбу, соот ветствующий положению равновесия ЧЭ. В процессе наблюдений измеряют также исходное направление АВ и получают средний от счет по лимбу. В положении равновесия ЧЭ ось гиромотора будет направлена на север С в плоскости географического меридиана точки установ ки гирокомпаса, а зрительная труба будет направлена на север ус-
Рис. 10.6. Схема гироскопического ориентирования на земной поверхности (а) и в шахте (б)
ловного "гирокомпасного" меридиана Сг, образуя постоянный с истинным меридианом угол б , называемый поправкой гирокомпаса: & = а лв
+ Уа - Г АВ>
(10.26)
где аАВ - дирекционный угол стороны АВ; уА - плоское сближение меридианов в точке А; ГАВ - гироскопический азимут стороны АВ. Гироскопический азимут исходной стороны определяют дваж ды. Первый раз - непосредственно перед определением гироскопи ческих азимутов ориентируемых сторон в шахте, второй - после этих работ. Поправку гирокомпаса вычисляют как среднее из опре делений. Ориентируемую сторону в шахте выбирают между постоянными маркшейдерскими пунктами ED (рис. 10.6,6), на которых возможна установка гирокомпаса. Длина стороны должна быть не менее 50 м. Гироскопический азимут в шахте, так же как и на поверхности, оп ределяют не менее двух раз и из них находят среднее значение. Дирекционный угол ориентируемого направления ED в шахте с учетом поправки б вычисляют по формуле a E D = а АВ + Г Е р
“ Г АВ +(у А
+ Уя) •
(10.27)
Гироскопическое ориентирование решает только одну задачу определение дирекционного угла. Координаты же х, у, z передают ся самостоятельно геометрическим методом. Передача координат х, у, z с поверхности в шахту решается с помощью прибора длиномера ДА-2 одновременно с передачей ко ординаты Z (рис. 10.7). Длиномер ДА-2 (см. рис. 10.7) представляет собой лебедку, на ось которой насажены барабан 3 и сво бодно вращающийся мерный диск 2. На барабан намотана проволока диаметром 0 , 8 мм и длиной 1 0 0 0 м. Длина окружности мерного диска 1 м. По окружности мер разбит на сантиметровые деления. В верхней части мерного диска расположен счетчик оборотов 1 с указателем для отсчета сантиметРис. 1 0 .7 . Длиномер ДА- 2 Ров и миллиметров при измерении.
Рнс. 10.8. Порядок работ по передаче координаты Z с поверхности в подзем ную выработку
В комплект ДА-2 входят две рейки: одна из них груз-рейка, представляющая собой цилиндр, залитый свинцом, массой 1 0 кг; другая располагается выше на 1-1,5 м - легкая контрольная рейка к. Длина реек 30-40 см, рейки по окружности разбиты на санти метровые деления. По этим рейкам берут отсчеты по сетке нитей нивелира. Проволока 4 через систему роликов огибает на 3/4 мерный диск по окружности и вместе с груз-рейкой с помощью рукоятки 5 опус кается в ствол шахты. Порядок полевых работ следующий. Длиномер ДА-2 устанавли вают на верхней приемной площадке или на помосте над стволом в точке А (рис. 10.8) Устанавливают два нивелира и два теодолита по одному на поверхности и в шахте; на реперах ставят нивелир ные рейки. Теодолиты центрируют на подходных точках. Опуска ют груз-рейку до уровня визирного луча нивелира на поверхности и в этом положении берут три отсчета: Nn - отсчет по длиномеру; пп - отсчет по груз-рейке; ап - отсчет по рейке на репере в подзем ной выработке.
Затем, как только при спуске в поле зрения нивелира появится контрольная рейка, спуск приостанавливают и берут два отсчета: К - отсчет по длиномеру; п кп - отсчет по контрольной рейке. После этого груз-рейку и контрольную рейку опускают в ствол шахты до появления в поле зрения нивелира. В этом положении берут три отсчета; А^ш- по длиномеру; пш- по груз-рейке и аш- по рейке на репере в шахте. Затем, опустив контрольную рейку до уровня визирного луча нивелира, берут отсчеты N£ по длиномеру, «щ - по контрольной рейке. Из полученных отсчетов глубину шахты вычисляют дважды: Aj —(Мш —пт) —(А^п — ~ — ^ / \ / \ h = (* ш - < ) - ( К +
(10.28)
Изменив горизонты нивелиров, в обратном порядке измеряют глубину шахты, определяя дополнительно А3, Л4 . Допустимое расхождение между отдельными измерениями кон тролируется формулой ДА- 0 и а л- 1 = ОПо измеренным р,,р2>........Р„ и вычисляют координа ты точек подземного полигона, а также координаты точки закреп ления отвеса В в условной системе, а затем вычисляют (10.42)
s in a '^
cosa^
(10.43)
Дирекционный угол первой стороны подземной съемки в ис тинной системе координат определяют согласно формуле а Л-1 ~ а АВ ~ а АВ-
(10.44)
По известным а А i и координатам отвеса А вычисляют коорди наты всех точек подземного хода и отвеса В, но уже в истинной системе координат.
Контроль ориентирования: Ln —Ап =
—^ДОП 5
поскольку координаты отвеса В получены в истинной системе на поверхности и в шахте, то линейные невязки определяют как ^Вш»
(10.46)
f y " УВп ~~ УВш •
(10.47)
fx
*Вп
между стволами f 0TH= f&JL. Погрешность определения дирекционного угла первой стороны подземной съемки не должна превышать Г: та < Г. Это условие выполняется, когда / a6c/P = tg l'< l/3 4 3 8 .
(10.48)
Ориентирование через два ствола из всех геометрических спо собов является самым точным. Поскольку расстояние между отве сами большое, погрешность проектирования не оказывает сущест венного влияния на точность ориентирования. Ориентирование этим способом проводят в течение 1 ,5-2,0 ч, в то время как при ориентировании через одни ствол - 6 - 1 0 ч. Для повышения точности ориентирования уменьшают число сторон подземного полигона, т.е. стороны должны быть длинными: вытянутый вдоль створа стволов полигон способствует повыше нию точности ориентирования. 10.3.5. УПРОШЕННЫЕ МЕТОДЫ ОРИЕНТИРОВАНИЯ
У
прощенные методы ориентирования применяют при ориенти ровании съемочных сетей подэтажных горизонтов. Наибольшее распространение они получили на рудниках, где много горизонтов, вертикальных и наклонных выработок, соединяющих их с основ ными горизонтами. Ориентирование производят геометрическими, оптическими, магнитными и гироскопическими методами. Ориентирование через один восстающий двумя отвесами с при мыканием методом соединительных треугольников по исполнению аналогично ориентированию через один ствол.
Ориентирование через два восстающих по методике аналогично ориентированию через два ствола, однако работы выполняются по упрощенной схеме. Ориентирование методом одного отвеса и касательных шну ров. В основу этого метода, как и многих других при упрощенном ориентировании съемок через вертикальные и наклонные выработ ки, приняты два положения из геометрии: • через наклонную прямую можно провести только одну вертикальную плоскость; • все линии, лежащие в этой плоскости, будут иметь один и тот же азимут или отличаться от него на 180°. На рис 10.12 показана схема ориентирования верхней подэтажной выработки. Здесь фиксированной вертикальной плоскостью является плоскость, проходящая через отвес О и шнуры, касаю щиеся его. Задача сводится к следующему. Дано: сIab, Х в> Yb, Zb. Требуется определить: a C D ^C ^C ^C В точке В устанавливают теодолит, и в восстающий опускают один отвес. Визируя на точку А и отвес О, измеряют горизонталь ный угол р и одновременно на стенке выработки по краю нити отвеса при визи ровании закрепляют точку а. Далее от нее в восстаю щий протягивают шнур, ка сающийся отвеса по одну его сторону, закрепляя по очередно точки Ь, т, закан чивая на ориентируемом горизонте точкой С. Под ней устанавливают теодо лит, измеряют угол у меж ду отвесом О и закреплен ной точкой D. Рис. 10.12. Схема ориентирования отвесом и касательным шнуром
Л и н и и Ва:
аЪ’ Ьт> т С
лежат в одной вертикальной
плоскости и имеют один и тот же азимут. В нашем примере clcd ~ = оия + Р±180° + у±180°. Измеряют расстояния в горизонтальной плоскости ВО и СО и определяют координаты точки С: Х с = Х В + B O cosaBa + 0 c co samc
(10.49)
У с =УВ + BOsin a Da + Ос sin а тС.
(10.50)
Высоту точки С определяют путем измерения глубины вос стающего или расстояния между горизонтальными визирными ося ми теодолитов: (10.51) где iBy ic - соответственно высота прибора (теодолита) в точках В и С. Погрешность такого ориентирования та = Т . Возможно ориентирование наклонным шнуром АВ (рис. 10.13) с помощью двух отвесов и примыканием соединительными тре угольниками. В точках А и О шнура прикреплены отвесы. Отвесы и
6 V// /У// /У/ / / / / / / / / / / / Z/////S/// . . . . . . а' Ь1 а Ь 1 ----- С' _______________ ---1 ^ А-а
Л
V777777777/77777777777777777*?
Рис. 10.13. Схемы ориентирования наклонным шнуром с двумя отвесами: а - в разрезе; б - в плане
шнур лежат в одной вертикальной плоскости. Делают примыкание методом треугольников на верхнем и нижнем горизонтах. По из вестным координатам точки С и дирекционному углу стороны DC определяют дирекционный угол вертикальной плоскости, прохо дящей через шнур АВ. Затем определяют дирекционный угол сто роны C'D'. Ориентирование подземной маркшейдерской сети приборами с магнитной стрелкой в настоящее время носит эпизодический ха рактер. Современные горные предприятия являются механизиро ванными и электрифицированными. На поверхности и в шахте много магнитных масс, отклоняющих магнитную стрелку. Лишь в отдельных случаях определяют по магнитным азимутам дирекционные углы подземной съемки этим способом, в основном во вто ростепенных горных выработках. Высоты пунктов съемочной сети в подэтажных выработках оп ределяют путем передачи высоты с пунктов (реперов) основного горизонта через вертикальные восстающие выработки при помощи рулетки. Разность в превышениях по двум измерениям не должна быть более 5 см. 10.3.6. ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОТ И ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ГЕОМЕТРИЧЕСКОМ ОРИЕНТИРОВАНИИ
П
еред началом ориентирования должна быть продумана органи зация работ во всех деталях. Это обусловлено тем, что работы должны быть выполнены в максимально короткий срок и с вы сокой точностью. Ориентирование делается один раз в несколько лет, и в отдельных случаях повторить ее не представляется воз можным. Обычно перед ориентированием составляют планограмму ра бот. Все работы разбивают на две стадии: до остановки ствола и после его остановки. Заранее определяют способы выполнения от дельных операций, устанавливают точность измерения угловых и линейных величин и делают предрасчет погрешности ожидаемого результата. Работы при ориентировании ведут одновременно на поверхности и в шахте. Весь цикл непосредственных работ по ориентированию разде ляют на: • подготовительные работы (выбор схемы ориентирования, приборы, их поверки, расположение оборудования, подвоз
к стволу материала, закрепление подходных точек, про кладка полигонометрии от опорных пунктов к стволу); • работы на поверхности (закрепление лебедок и отвесов, ос вобождение ствола от клетки (скипов), перекрытие ствола, спуск отвесов, измерение углов и длин при примыкании к отвесам); • работы в шахте (прием опущенной проволоки, подвеска ос новных грузов, определение положения покоя отвесов, примыкание к ним). Для производства работ необходимо 4 человека на поверхности и 3 - на горизонте примыкания. Работа этих бригад должна строго согласовываться. Меры безопасности при ориентировании Провести инструктаж при производстве работ, не допускать па дения предметов в ствол, при перекрытии ствола работать можно только с предохранительными поясами, посторонних людей, не связанных с ориентированием, у ствола не должно быть. О времени и сроках выполнения ориентировки горный надзор должен быть предупрежден письменно, а график работ утвержден главным инженером шахты. Устье ствола и зумпф должны быть надежно перекрыты брусь ями или досками, оставив лишь для пропуска отвесов отверстия 1 0 x 1 0 см. Не допускается присутствие людей под стволом на горизонте примыкания при спуске и подъеме отвесов. Руководитель работ обязан лично проверить надежность закре пления всего оборудования, просмотреть проволоку отвеса, про пустив ее "через руку", проволока не должна иметь перегибов. Ве личина подвешиваемого груза выбирается из расчета двукратной прочности на разрыв. Между поверхностью и шахтой должна быть надежная связь (обычно телефонная, реже - звуковая, световая), ее устанавливают перед началом работ. Не допускается одновременного выполнения работ на поверх ности и околоствольном дворе при примыкании к отвесам.
10.4. МАРКШЕЙДЕРСКИЕ РАБОТЫ В НАРЕЗНЫХ И ОЧИСТНЫХ ВЫРАБОТКАХ 10.4.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
М
аркшейдерские работы при проведении нарезных и очистных выработок в выемочных участках и очистных блоках называ ют съемочными работами. Они являются одной из важнейших задач маркшейдерской службы. Срок службы нарезных и очистных выработок небольшой. От оперативной и правильной съемки во многом зависит нормаль ная производственная деятельность горного предприятия, обеспе чение безопасного ведения горных работ, полнота выемки полезно го ископаемого из недр. По результатам маркшейдерских работ в нарезных и очистных выработках повседневно решают такие горно-технические задачи, как уточнение формы, свойств и условий залегания залежи и вме щающих пород; планирование подготовительных и очистных гор ных работ; перенесение проектного положения выработок в натуру и задание им направлений; контроль правильности проведения горных выработок и т.п. Объектами маркшейдерской съемки являются все горные выра ботки, характерные точки и капитальные сооружения в них, эле менты геологического строения месторождения и вмещающих по род, элементы горного давления. Съемку подробностей производят одновременно с проложением теодолитных или угломерных ходов или отдельно. Характеристика подземных теодолитных и угломерных ходов приведена в табл. 1 0 . 1 . Теодолитные ходы могут быть замкнутыми, разомкнутыми или проложенными дважды. Пункты теодолитных ходов закрепляют Таблица 10.1 Средняя квадратическая по грешность измерения углов
Ход
Теодолитный Угломерный
Предель ная дли на хода, горизонтальных вертикальных км 40" 10'
60м 10'
Допустимое расхождение между двумя измерениями стороны
1 ,0
1 /1 0 0 0
0,3
1 /2 0 0
так же, как временные пункты подземной маркшейдерской опор ной сети. В угломерных ходах пункты не закрепляют. Длина таких ходов не должна превышать 300 м при составлении планов горных выработок в масштабе 1:1000 и 500 м - в масштабе 1:2000. Удале ние пунктов теодолитного хода от забоя подготовительной выра ботки не должно превышать 50 м, а вблизи границ опасных зон не более 20 м. Углы измеряют теодолитами типа ТЗО, центрирова ние —автоматическое или с помощью шнуровых отвесов. Длины линий измеряют стальными компарированными рулетками. Съемка контуров горных выработок и составление абриса - за вершающий этап полевых съемочных работ. Основное назначение съемочных работ, частью которых являет ся съемка контуров горных выработок и характерных мест, - это получение исходных данных для составления планов горных работ на базе проложенных опорных и съемочных сетей. В шахтных условиях эта работа может быть выполнена ординато-линейным и полярным способами, короткобазисной стереофотограмметрической съемкой или преобразованием светового ис точника в световую плоскость. В каждой точке, где установлен теодолит, измеряют от теодоли та расстояние влево /, вправо s, вверх А, вниз hi до стенок выработ ки, а также перпендикуляры от сторон полигона до стенок выра ботки на искривленных участках. При полярном способе от одной из сторон полигона измеряют горизонтальные углы Рь а также длины 1\ до каждой характерной точки выработки. Этот способ применяют в районе пересечения выработок, а также при съемке камер. Абрис (схему) со всеми числовыми значениями заносят в поле вой журнал измерения углов и длин. Составление абриса и съемку контуров горных выработок ведут по мере прокладки теодолитных ходов. Точность, с которой определяют положение подробностей, зависит от цели съемки и от масштаба плана. Съемочные работы выполняют более простыми по устройству и обращению компактными маркшейдерскими приборами. В доступ ных выработках используют угломеры У-3, УТГ, У-60, УТБ, УТ-3 и др. Они имеют простую зрительную трубу, горизонтальный и верти кальный круги (или полукруги) с делениями через 1°. Некоторые угломеры снабжены дальномерными устройствами, позволяющими измерять расстояния до 30—45 м с точностью 1/100-1/200.
Угломеры устанавливают на штативе, консоли, на распорной колонке. В комплект прибора входят специальные дальномерные рейки. 10.4.2. СЪЕМКА НАРЕЗНЫХ ВЫРАБОТОК
ъемку нарезных выработок выполняют от ближайших пунктов и сторон маркшейдерской съемочной сети путем замеров стальными или тесмяными рулетками или тахеометрическим спо собом. Линейные измерения выполняют на уровне среднего сече ния выработки с точностью до 1 дм вчерне и до 1 см - в свету. Все детали съемки отражают на эскизах в специальном журна ле или журнале угловых измерений. При контроле соблюдения проектного сечения выработки основные ее размеры измеряют до сантиметров. Для отражения на маркшейдерских планах динами ки процесса горного производства во времени съемку ведут сис тематически в установленные сроки, иногда по декадам, но не
С
Рис. 10.14. Схемы съемок подготовительных и очистных выработок: замеры подвигания забоев подготовительных выработок (а) и камер (б); схемы съемок очистных забоев крутопадающих залежей (в), пологопадающих залежей (г) и камер выщелачивания (д)
реже одного раза в месяц, а также на момент завершения проход ки выработки. Замеряют объемы горно-подготовительных и очи стных работ, определяют подвигание забоя, его ширину и высоту. На основании замеров горно-проходчикам начисляют заработную плату. На рис. 10.14,я показано положение забоя от точки 8 на 1/Х и на 1/XL Подвигание забоя за месяц составит I = h - /], м- Для опреде ления площади сечения забоя замеряют его ширину внизу и вверху, а также высоту. Объем выработки равен результату от умножения величины подвигания / забоя на площадь его сечения. На рис. 10.14,6 показаны пункты 15 и 16 съемочной сети, а так же схема замера линейных величин /3, /4, ..., / 9 контура горизон тальных выработок. 10.4.3. СЪЕМКА ОЧИСТНЫХ ЗАБОЕВ
ъемку очистных забоев или замер выработанного пространства выполняют по состоянию на первое число каждого месяца. В зависимости от характера очистных забоев и горно-технических условий положение очистных забоев определяют съемкой или за мерами рулеткой от ближайших пунктов съемочной сети. Наряду со съемкой очистных забоев производят замеры мощности залежи и других элементов. При разработке крутопадающих жил небольшой мощности по системе с магазинированием отбитой руды съемку производят с помощью висячего полукруга. В восстающих отмечают точки А и В (рис. 10.14, в), определяют их положение относительно маркшей дерских точек 31 и 33. В очистном забое между точками А и В с помощью висячего полукруга и отвесов натягивают горизонталь ные шнуры Аа, а% Ь'с\ сВ. Сумма измеренных горизонтальных расстояний должна равняться общему расстоянию между точками А и В. Измеряют также вертикальные длины всех отвесов а а \ ЪЬ\ с с От горизонтальных шнуров ведут способом ординат съемку забоя и поверхности отбитой руды. На рис. 10.14,г показана съемка очистного забоя при разработке пологого пласта. Между точками 34 и 18 проложен угломерный ход 1 -2 -3 - ...п. Расстояние между точками хода измеряют дально мером или тесмяной рулеткой. Угломерный ход привязан к съе мочной сети путем измерения примычных углов ф, у соответствен
С
но в точках 34 и 18. При съемке измеряют рулеткой расстояния по перпендикулярам от точек хода до забоя. Одновременно произво дят геологические зарисовки забоя, определение элементов залега ния рудного тела. Съемка очистных забоев обязательно сопровождается эскизны ми зарисовками. В эскизе отображают степень выработанности смежных боковых участков, замеряют и записывают размеры це ликов, отмечают места завалов, прорыва плывунов, очаги возник новения пожаров, внезапных выбросов газов и другие подробно сти, представляющие интерес с точки зрения техники безопасно сти; замеряют места, где производится закладка выработанного пространства, а также бутовые штреки, элементы залегания, мощ ность залежи и ее изменение по простиранию и падению, элементы геологических нарушений. Структуру залежи замеряют в характер ных местах и в местах резкого ее изменения. На структурных разрезах залежи изображают все пачки полез ного ископаемого, породные прослойки, ложную почву и кровлю, надписывают размеры (мощности) пачек и прослоев, указывают, какие породные прослойки и пачки полезного ископаемого выни маются и какие остаются не вынутыми или отсортировываются у забоя, подсчитывают и отмечают общую, полезную и выемочную мощность залежи. Участки потерянной руды по мощности и потери отбитого по лезного ископаемого также замеряют. Рулеточный замер сводится к линейным измерениям по ходу, привязываемому к пунктам маркшейдерской основы. Повороты по ходу делают под прямым углом на глаз, подробности - по методу ординат. Данные рулеточного замера контролируют линейной при вязкой точек хода к попутным точкам и предметам, определенным ранее из съемок при помощи угломерной съемки. После обработки вычислений угломерный ход наносят на план по дирекционным углам и горизонтальным проекциям сторон. За тем на плане откладывают в масштабе расстояния от точек хода до забоя и проводят линию забоя. В выработках большого сечения, камерах* а также недоступных пустотах, контуры которых невозможно снять обычными марк шейдерскими приборами, съемку производят методами и прибора ми, которые позволяют одновременно с угловыми величинами оп ределять расстояния до стенок выработок. К таким методам отно
сятся виды съемок - тахеометрическая, фотограмметрическая и звуколокационная. При тахеометрической съемке на характерные точки камеры вместо установки рейки наводят световое пятно, на которое на правляют визирную линию трубы. Расстояние от прибора, уста новленного в безопасном месте, до светового пятна измеряют безреечным дальномером двойного изображения. С помощью угло мерной части прибора измеряют горизонтальный угол и угол на клона визирной линии. Фотограмметрическим способом съемку производят с помощью спаренных фотокамер, устанавливаемых вблизи выработки на шта тиве. План выработки составляют по стереоснимкам с помощью специального прибора. При съемке подземных пустот, заполненных соляным раствором или другими жидкостями (рис. 10.14,д), а также при съемке камер, стволов и рудоспусков применяют звуколокаторы, "нутромер", "контур", "зонд" и другие, а также звуколокационную систему "Сфера". Последняя предназначена для дистанционной маркшей дерской съемки недоступных очистных камер и подземных пустот по замкнутым вертикальным и горизонтальным сечениям с проме жуточной магнитной записью первичной информации и после дующим ее воспроизведением на круговых диаграммах в виде масштабного графического изображения записанных контуров се чений. Съемочная аппаратура имеет акустическую антенну, модулятор, кассетный магнитофон, блок питания с аккумуляторными батарея ми. При съемке антенна выносится в выработку на штанге или штативе. Координаты центра антенны и азимут исходного направ ления звукового луча определяются маркшейдерской привязкой. Дистанционное управление звуколокационным обзором осуществ ляется с помощью модулятора, преобразующего вращение антенны в электрические сигналы, которые записываются кассетным магни тофоном. Модулятор снабжен цифровым индикатором для визу ального контроля за измеряемыми величинами. При воспроизведе нии контуров сечений очистной камеры запись может быть много кратно повторена в различных масштабах и по различным сечени ям. Материал съемок дает объективную информацию о положении потолочин и фактических контурах стенок камер, позволяет опре делять местоположение и объем потерь неотбитой и невыпущен
ной руды, оценивать разубоживание, увеличивать полноту извле чения кондиционных запасов и закладку выработанного простран ства, обеспечивать безопасное ведение горных работ. В звуколока торе "Сфера" дальность действия 60 м, погрешность измерения рас стояний - 2 %, масштаб записи - от 1:50 до 1:500, время записи од ного сечения - 6 мин, общая масса съемочной аппаратуры - 30 кг, питание от сети переменного тока 50 Гц, 200 В. К точности съемочных работ предъявляют различные, но опре деленные требования: обеспечение положения постоянных конту ров или отдельных точек выработки по отношению к пунктам съе мочной сети со средней погрешностью 0,4 мм на плане; определе ние по результатам съемки основных размеров выработанного про странства (линии забоя и подвигания) с погрешностью, не превы шающей 1 / 1 0 0 ; обеспечение прохождения выработок встречными забоями в пределах очистного блока или выемочного участка в го ризонтальной плоскости с точностью 0,5 м при скреперной достав ке и 1 , 0 м - при транспорте, а в вертикальной плоскости - 0,15 м. По результатам съемки строят планы, вертикальные и погоризонтные разрезы, сечения и другие графические материалы, отра жающие положение снимаемых объектов между двумя датами съемки. Вертикальную съемку откаточных путей в выработках, близ ких к горизонтальным, выполняют техническим нивелированием по пикетам через 1 0 или 2 0 м или профилографом шахтовых рель совых путей ПРШ-1 М или ПРК-1 или профилемером. Одновре менно измеряют высоту выработки на каждом пикете и в характер ных местах. Съемку рельсовых путей в наклонных выработках вы полняют тригонометрическим нивелированием, используя боковые реперы. Построение продольного профиля рельсовых путей по результа там съемочных работ производят с использованием компьютеров и графопостроителей. Построенный профиль служит основой для решения вопросов поддержания выработок и перестилки путей в связи с деформиро ванием выработок в результате горного давления, подсчета объе мов при подсыпке и поддирке почвы - для укладки рельсовых пу тей. Масштаб построения разный вертикальный, обычно в 10 раз крупнее горизонтального.
10.5. МАРКШЕЙДЕРСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОВЕДЕНИЯ ВЫРАБОТОК ВСТРЕЧНЫМИ ЗАБОЯМИ 103.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
П
ри организации и выполнении работ по проведению вырабо ток встречными забоями маркшейдер должен: • установить совместно с главным инженером горного пред приятия предельную погрешность смыкания забоев (до пуск); предрассчитать возможную предельную погреш ность смыкания при данной методике производства съемок; • произвести съемки и на их основе определить направление выработок в горизонтальной и вертикальной плоскостях; • задать направление выработок в натуре; • систематически осуществлять инструментальный контроль за соблюдением заданного направления выработок во вре мя их проведения; • произвести контрольную съемку выработок после смыка ния забоев (сбойки) и определить фактическую погреш ность смыкания забоев. Проведение горных выработок встречными забоями называют также сбойкой выработок. При сбойках требуется, чтобы забои вы работок сошлись с заданной точностью и в плане, и по высоте. Точность сбойки заранее определяется техническими условиями и может быть предрассчитана. Направление горных выработок в на туре по расчетным углам задается с помощью лазерных указателей направления ЛУН-7, ЛУН-12 и др. Все многообразные случаи проведения выработок встречными забоями разделяют на пять типов, входящих в две основные груп пы: а) сбойки по проводнику, два типа и б) сбойки без проводника (рис. 10.15,а, б), три типа (рис. 10.15,в, г, д). Под проводником понимается пласт, жила или поверхность кровли или почвы залежи или литологического слоя, придержива ясь которого ведут выработку. Сбойки по проводнику. Первый тип (см. рис. 10.15,а) - сбойка горизонтальных выработок, проводимых по наклонно падающему проводнику, например, штрека гЛежду двумя уклонами. Второй тип (см. рис. 10.15,6) - сбойка наклонных выработок, например, уклона или бремсберга между двумя штреками.
Рис. 10Л5. Типы проведения выработок встречными забоями
Сбойки без проводника. Третий тип (см. рис. 10.15,в) - сбойка наклонных или горизонтальных выработок одной шахты (проведе ние околоствольных выработок). Четвертый тип (см. рис. 10.15,г) - сбойки горизонтальных и на клонных выработок разных шахт (проведение квершлага между двумя шахтами). Пятый тип (см. рис. 10.15,д) - сбойки вертикальных выработок (проходка ствола или углубка его). В каждом типе сбоек имеется одно или два ответственных на правления. Так, в первом типе сбоек ответственным направлением является направление в вертикальной Ллоскости (по оси z); направ ления в горизонтальной плоскости по оси сбойки (по оси у ) и пер пендикулярно оси сбойки (по оси х ) свободны - не ответственны. Во втором типе ответственным является направление по оси х. В третьем и четвертом типах ответственными являются направления по осям х и z, в пятом - по осям х и у. При сбойке первого типа (см. рис. 10.15,я) прокладывают ниве лирный ход и определяют высотные отметки точек / и в , затем вы числяют угол наклона и задают его в натуре. При сбойке второго типа (см. рис. 10.15,6) прокладывают тео долитный ход 7, 2 , 5, ..., 8\ вычисляют координаты точек / и 8 (х\, Уъ *8 , Уъ)\ по вычисленным координатам определяют углы Pi и Pg из выражений: Р, = (1 —8 ) —(1 —2 ); pg = ( g - l ) - ( 8 - 7 ) , где tg ( i _ 8 ) = ^ ^ i .
(10.52)
При сбойке третьего типа (см. рис. 10.15,в) прокладывают тео долитный ход 1, 2 , 3,.. ^ 8 ; прокладывают нивелирный ход между точками 1 и 8 ; вычисляют координаты х, у и высотные отметки то чек 1 и 5; вычисляют углы р ь р 8 и угол наклона 5 сбиваемой выра ботки; задают направление выработок в натуре перенесением углов Рь Ре и 8 ; контролируют соблюдение заданных направлений. При сбойке четвертого типа (см. рис. 10.15,г) рекомендуется следующая последовательность выполнения работ: прокладка тео долитного и нивелирного ходов между стволами шахты на поверх ности; ориентировка и измерение глубины ствола шахты; проклад ка теодолитных и нивелирных ходов от шахтных стволов к забоям; вычисление углов р3, р4 и 8 для задания направления выработке в горизонтальной и вертикальной плоскостях; перенесение углов Рз, р4 и 8 в натуру; контроль за соблюдением заданных направлений в процессе проходки выработок. При сбойке пятого типа (см. рис. 10.15,д) вертикальная съемка имеет второстепенное значение, так как направление по оси z сво бодное. Все съемочные работы должны выполняться с обязательным контролем. Контрольные съемки выполняют другими способами и исполнителями. За окончательный результат съемок, выполненных 2 и более раз, принимается весовое среднее из полученных значений. Фактические средние ошибки ориентирования и измерения глу бины шахтных стволов определяют по формулам: (10.53)
(10.54) где о0, о# - отклонения значений дирекционных углов а и высоты Ht полученных из отдельных измерений, от их среднего значения; Ра, Рн - веса способов ориентирования и измерения глубины шахт ного ствола (веса берут равными величинами, обратно пропорцио нальным квадратам средних ошибок, принятым при предрасчете); п - число ориентировок или измерений глубины ствола.
оставляют проект маркшейдерских работ. В проекте преду сматривают схему выработок (в крупном масштабе), виды съемок, методику их выполнения, инструментарий и т.д. Предрасчет ведут в следующей последовательности: вычисляют средние погрешности измерений (углов, длины, сторон, превышений); предвычисляют средние погрешности смыкания забоев отдельно по каждому источнику; определяют предельную погрешность смы кания забоев по ответственным направлениям; сравнивают пре дельную погрешность ранее установленным допуском. Среднюю погрешность измерений определяют, сообразуясь с принятой методикой съемки. Погрешность измерения угла вычисляют по формулам:
С
(10.55) р2е2 (a 2 +b2 - abcos (10.56) где^р - угловая невязка полигона; п - число углов в полигоне; N число полигонов; d - разность значений угла при двукратном его измерении; а и b — стороны измеренного угла; е - эксцентриситет теодолита и сигналов; т - инструментальная ошибка. Погрешность измерения длины сторон вычисляют по формуле т, = a j l + Ы,
(10.57)
где а и Ъ - коэффициенты влияния случайных и систематических погрешностей; / - сторона полигона. Погрешность хода геометрического нивелирования тн =mhyfn\ mh = /«0 %/2 ; mQ=0,0007—, а
(10.58)
где mh - погрешность отдельного превышения, мм; гщ —погрешность отсчета по рейке, м; I - расстояние от нивелира до рейки, м; а - уве личение трубы теодолита; п - число станций (установок нивелира).
Погрешность хода тригонометрического нивелирования тн - т ь^ 2 \ mh = ±
I cos Ътъ + sin Ьт1,
где /и/, - погрешность превышения точек стороны полигона, мм; / сторона полигона; 6 - угол наклона. Значения средних погрешностей: /ир = ±22" и тД = 1:5000 опре делены инструкцией по производству маркшейдерских работ. Для геометрического нивелирования допустимая относительная невязка между двумя нивелирными ходами 1 -го разряда составляет 1:30 000 длины хода (в прямом и обратном направлениях), для три гонометрического нивелирования - 1:3000 длины хода. При предрасчете ошибки смыкания забоев в горизонтальной плоскости различают направление по оси сбойки (ось у) и направ ление, перпендикулярное оси сбойки (ось л:). Предрасчет ведут только для ответственного направления, перпендикулярного оси сбойки. Погрешность положения точки смыкания в зависимости от по грешности измерения углов и длины сторон определяется по фор мулам: (10.60) = ± —
( 10.61)
Р (10.62) или (10.63) где Ry - проекции расстояний от точек полигона до точки смыкания на ось сбойки (на направление, перпендикулярное ответственно му); средние погрешности измерения углов и длины сто рон; m jl - средняя относительная погрешность измерения длины сторон; а - дирекционные углы полигона (в системе координат сбойки); dx - проекции сторон полигона на ответственное направ ление (на ось х).
Рис. 10.16. Определение погрешности положения точки смыкания забоев по отвесному направле нию
Численные значения а и dx определяют графически со схе мы, составленной по данным съемки в крупном масштабе. Погрешность положения точки смыкания забоев по ответствен ному направлению в зависимости от погрешности ориентировки через один вертикальный ствол вычисляют по формуле (рис. 10.16.) (10.64) где М0 - погрешность ориентировки, с; Ryo - проекция расстояния от центра ствола до точки смыкания на ось сбойки (на направле ние, перпендикулярное ответственному); р" = 206 ООО. Общая средняя погрешность смыкания забоев в горизонтальной плоскости (от всех источников) при сбойке выработок одной шах ты с учетом двукратного выполнения съемок выражается форму лой (10.65)
при сбойке выработок из разных шахт - формулой + m*l +-m*0l + т *02 . тх = ^± ^W — ?----------------------
( „1 0 Л.6 ^6 )
Предельная погрешность смыкания забоев в горизонтальной плоскости Мх = 3тх.
(10.67)
Среднюю погрешность смыкания забоев в вертикальной плос кости определяют по формулам: при сбойке выработки одной шахты с учетом двукратного вы полнения съемок
при сбойке выработок из разных шахт тн =
+
Qi+^02,
(Ю.69)
где mh —погрешность нивелирного хода на поверхности и в шахте; тТ - погрешность хода тригонометрического нивелирования; mh0\ и mh 0 2 - погрешность измерения глубины стволов шахты. Допустимая разность между двумя измерениями глубины ство ла, м, ДЛ = (0,01 + 0,0002#),
(10.70)
где Я - глубина ствола, м. Средняя погрешность измерения глубины ствола Ah 2у/2
(Ю.71)
Предельная погрешность смыкания забоев в вертикальной плос кости
Полученные в результате предрасчета предельные погрешности сравнивают с установленным ранее допуском. Если они не превы шают допуска, то на этом предрасчет заканчивается. В противном случае повышают точность отдельных съемочных операций, при меняя более совершенную методику производства работ и инстру ментарий, и повторяют предрасчет. Его ведут, как правило, на ком пьютере. После смыкания забоев маркшейдер выполняет контрольную съемку в горизонтальной и вертикальной плоскостях, определяет фактические невязки и, сравнивая их с данными предрасчета, оце нивает принятую методику съемок, выполненных для обеспечения сбоек.
11. МАРКШЕЙДЕРСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СКВАЖИННЫХ МЕТОДОВ ДОБЫЧИ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ (ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЙ ГЕОТЕХНОЛОГИИ)
11.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СКВАЖИННЫХ МЕТОДАХ ДОБЫЧИ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
В
озрастающая с каждым годом потребность во всех видах мине рального сырья требует вовлечения в разработку все более бедных и глубоко залегающих месторождений. Эксплуатация та ких месторождений традиционными (открытым и подземным) спо собами является неэкономичной. Связано это с осложнением гор но-геологических условий на больших глубинах, опасными прояв лениями горного давления, высокими температурами и, как следст вие всего перечисленного, со значительным увеличением затрат на поддержание и проветривание выработок. Традиционные способы добычи не освобождают работников горных предприятий от тяже лого труда, требуют извлечения и перемещения больших объемов пустых пород, для размещения которых приходится отчуждать значительные площади ценных земельных угодий. Эффективная разработка бедных и глубоко залегающих место рождений возможна на основе скважинных методов физико-хими ческой геотехнологии (ФХГ) добычи, позволяющих вести процесс извлечения полезных ископаемых непосредственно на месте их залегания, повысить производительность труда, исключив присут ствие людей и трудоемкие производственные операции под землей. В настоящее время эти методы имеют ограниченное применение, однако, как отмечал акад. Н.В. Мельников, они станут в ближай шие 1 0 - 2 0 лет основой технического прогресса при добыче многих полезных ископаемых. Методы ФХГ основаны на переводе полезного ископаемого из естественного состояния в подвижное путем воздействия на него различных технологических процессов.
Различают методы ФХГ применительно к полезным ископае мым, находящимся в условиях естественного залегания (in situ): 1 ) в твердом состоянии; 2 ) в жидком и газообразном состоянии. Для первой группы полезных ископаемых наиболее широкое промышленное применение нашли следующие физико-химические методы геотехнологии: • подземное выщелачивание - метод добычи цветных, ред ких и радиоактивных металлов, основанный на химических реакциях подаваемого реагента с полезными компонентами руд на месте их залегания и извлечении на земную поверх ность продукционных растворов; • подземное растворение - метод разработки месторождений каменной и калийной солей путем их растворения на месте залегания; • подземная выплавка - метод разработки месторождений самородной серы посредством подачи теплоносителя в за лежь и извлечения на поверхность полезного ископаемого в виде расплава; • подземная газификация - метод разработки месторождений ка менных и бурых углей путем газификации их на месте залега ния и выдачи газообразных продуктов на земную поверхность. Вторая группа объединяет методы разработки нефтяных и газо вых месторождений. Системы разработки месторождений для каждого метода ФХГ принимаются исходя из физических, химических, геологических, гидрогеологических характеристик полезных ископаемых и вме щающих пород, а также из плановой производственной мощности предприятия. Из перечисленных факторов выделяют главные, оп ределяющие существо применяемого метода разработки месторож дения. Для одних методов таким фактором является проницае мость, для других - гидрогеологические условия залежи, для треть их - структура полезного ископаемого и т.д. Основными элементами систем разработки являются: направле ние отработки участков месторождения, конструкция добычных (технологических) скважин, расстояния между скважинами (сетка скважин) и порядок ввода скважин в эксплуатацию. Сетка расположения скважин в зависимости от производитель ности пласта (залежи), физико-механических свойств, горно-геоло
гических условий залегания полезного ископаемого, вмещающих пород и других факторов может быть равномерной (квадратная, прямоугольная и т.д.) и неравномерной. Расположенные в определенном порядке добычные скважины для подвода агента к залежи и доставки полезного ископаемого (полезных компонентов) на земную поверхность образуют подзем ный выемочный блок: камера - при подземном растворении солей, газогенератор - при подземной газификации углей и т.п. На по верхности подземного выемочного блока расположены трубопро воды для подачи в скважины рабочего агента и транспортировки расплава, раствора, газа или других легкоподвижных компонентов полезного ископаемого, извлекаемых из недр земли. На земной поверхности, на некотором расстоянии от выемочно го блока, располагают оборудование: машины, механизмы и уст ройства, связанные между собой технологической схемой добычи и транспортирования полезного ископаемого. Выбор оборудования для каждого метода добычи индивидуален. Так, при подземной газификации угольных пластов (ПГУ) на земной поверхности располагают установки для выработки дутья, охлаждения, очистки и транспортировки газа потребителям и др. Основными стадиями процесса подземной газификации являются: • бурение с земной поверхности на угольный пласт верти кальных, наклонных и наклонно направленных скважин; • создание гидравлической связи между скважинами по уголь ному пласту; • розжиг угольного пласта и ведение процесса газификации нагнетанием рабочего агента и отводом газа. Подземный газогенератор представляет собой совокупность устройств, обеспечивающих выгазовывание определенного участка угольного пласта. Он состоит из наземной и подземной частей. На земная часть включает в себя трубопроводы для подачи агента (воздуха, паро-кислородной смеси и др.) и отвода газа, подземная скважины и каналы в угольном пласте, созданные различными спо собами. Конструкции выемочных блоков при других методах ФХГ до бычи также состоят из наземной и подземной частей, состав и кон структивные особенности которых определяются спецификой каж дого метода. Этим же объясняются и отличия в основных стадиях процесса добычи по сравнению с ПГУ.
Несмотря на существенные различия в применяемых скважин ных методах добычи твердых, жидких и газообразных полезных ископаемых, в маркшейдерском обеспечении физико-химической геотехнологии есть очень много общего. Наиболее важными элементами маркшейдерского обеспечения являются: маркшейдерское обеспечение строительства скважин; маркшейдерский контроль обустройства и разработки месторо ждений; наблюдения за деформациями массива горных пород, земной поверхности, зданий и сооружений; маркшейдерское обеспечение эксплуатации и ремонта подвод ных переходов трубопроводов; маркшейдерское обеспечение разработки морских месторожде ний полезных ископаемых. Требования к выполнению указанных работ и составлению гор но-графической документации в нефтяной и газовой промышлен ности утверждены Госгортехнадзором России в 2000 г. 11.2. МАРКШЕЙДЕРСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СТРОИТЕЛЬСТВА СКВАЖИН рганизации, составляющие проекты разведки, строительства скважин, технологические схемы, должны представить заказ чику ведомость проектных координат устьев скважин. В случае, если скважина наклонная, в ведомости дополнительно приводят координаты забоев по кровле каждого продуктивного горизонта. Проектные координаты устьев и забоев скважин передают организации-заказчику в установленном порядке в виде отдельного при ложения к проектам разведки и технологической проектной доку ментации. В составе работ по перенесению в натуру проектного положения устьев скважин входят: • подбор топографо-геодезических, маркшейдерских и аэрофотосъемочных материалов; • подготовка геодезических исходных данных для выноса проекта в натуру; • перенесение в натуру и закрепление на местности проект ных положений устьев скважин;
О
Предельные погрешности, м Группа скважин
перенесения в натуру планового положения устьев скважин
предварительного оп ределения абсолютных высот устьев скважин
150
15
50
10
25
5
10
5
1-я группа Одиночные опорные и па раметрические скважины
2-я группа Структурные и поисковые скважины, закладываемые по профилям и на площадях Разведочные скважины
3-я группа Все категории скважин на разрабатываемых месторождениях
• передача по акту устьев скважин месторождения предста вителю организации, производящей бурение. Предельные погрешности перенесения в натуру проектного по ложения устьев скважин (по сравнению с проектом) для предпри ятий нефтяной и газовой промышленности не должны превышать значений, указанных в табл. 1 1 . 1 . Переносу проектного положения устьев скважин должна пред шествовать рекогносцировка работ, а сам перенос выполняется од ним из следующих способов: совмещением устья скважины с четко выраженным контуром, промером вдоль контуров, методом ство ров, линейной засечкой и др. При построении линейной засечки на местности по расстояниям, взятым с карты (не менее чем от трех контуров), сторона треугольника погрешностей не должна превы шать значения предельной погрешности для соответствующей группы скважин. Места заложения скважин закрепляют металлическими трубами или деревянными столбами длиной 1,5-2 м, закладываемыми на глубину не менее 0,7 м. На верхней части трубы (столба) несмы ваемой краской надписывают номер скважины, название площади (месторождения), организации, производящей бурение, и дату пе ренесения проектного положения устья скважины в натуру.
Если сохранность знака вызывает сомнение, то в надежных мес тах закладывают створ из двух знаков и измеряют расстояние от каждого из них до вынесенного положения устья. На перенесенное в натуру местоположение устья скважины со ставляют абрис, на котором кроме расстояний от створных знаков приводят не менее трех промеров от существующих контуров. Аб рис подписывается лицом, составившим его и принявшим место рождение устья. Предварительные высоты перенесенных в натуру местоположе ний устьев скважин определяют по топографическим картам, а при их отсутствии - барометрическим или тригонометрическим ниве лированием. В необходимых случаях до начала строительства буровой на участке, отведенном для этой цели, производят маркшейдерскую съемку в соответствии с техническими условиями. В результате выполнения работ по перенесению в натуру про ектного положения устьев скважин оформляют следующие мате риалы: • распоряжение (задание) на перенесение проектного поло жения устья скважин в натуру, а при смещении его про ектного положения и документ, разрешающий это смеще ние; • маркшейдерский план площадки, отведенной для бурения скважины, или абрис вынесенного и закрепленного место положения устья скважины; • акт о сдаче перенесенных в натуру мест заложения устьев скважин; • журналы полевых измерений, ведомости вычислений, ката логи координат и высот устьев скважин. Распоряжение на перенесение проектного местоположения сква жины в натуру, полевые журналы, журналы вычислений хранят один год после завершения строительства скважины. Плановую и высотную привязки устьев скважин производят по сле монтажа буровой установки. Координаты и высоты должны быть вычислены и внесены в каталог координат и высот устьев скважин. По вычисленным координатам устья скважин наносят на маркшейдерские планы. Предельные значения погрешностей опре деления планового и высотного положений устьев скважин относи тельно пунктов государственной геодезической сети и сетей сгу-
Группа скважин 1-я группа Одиночные опорные и парамет рические скважины 2-я группа 2.1. Структурные и поисковые скважины (закладываемые по профилям и на площадях) 2.2. Разведочные скважины 3-я группа Все группы скважин на эксплуа тационных площадях
Предельные погрешности определения положения устьев скважин, м в плане
по высоте
100
5,0
30
1,0
12
0,5
4
0,3
щения 1 -го и 2 -го разрядов для предприятий нефтяной и газовой промышленности приведены в табл. 1 1 .2 . Выбор метода определения координат и высот устьев скважин производят после рекогносцировки, в результате которой оценива ют качество имеющегося картографического материала, наличие и состояние пунктов геодезической сети. Точность геодезических измерений в выбранном методе должна обеспечивать определение положения устьев со средней квадрати ческой погрешностью, не превышающей половины значения пре дельных погрешностей, приведенных в табл. 1 1 .2 . Определение планового положения устьев соответствующих групп скважин на базе табл. 1 1 . 2 можно выполнять по картам (пла нам), масштаб которых должен быть не мельче: Группа скважин Масштаб 1
1:50 000
2, п.2.1 2, п.2.2 3
1:10 000 1:5000 1:2000
Плановую привязку устьев скважин по карте выполняют линей ной засечкой не менее чем от трех четко выраженных контуров. В процессе привязки составляют абрис, в котором указывают эти контуры и расстояние от них до определенной скважины. При по-
строении линейной засечки на карте сторона треугольника по грешностей не должна превышать 1 мм. Координаты устьев сква жин определяют от ближайших линий координатной сетки. Во из бежание просчетов координаты определяют дважды - от смежных линий координатной сетки. Привязку устьев скважин можно вы полнять на основе спутниковых технологий, полярным способом, способом замкнутого треугольника, прямыми и обратными угло выми засечками с пунктов опорной сети, точек теодолитных ходов и микротриангуляции, проложенных в соответствии с существую щими требованиями для ходов, предназначенных для съемки мас штаба 1:10 ООО. Привязка скважин с точек висячего теодолитного хода не допускается. Расхождение координат устья скважины, по лученных из разных определений, не должно превышать значений предельных погрешностей (см. табл. 11.2), если они определены относительно пунктов государственной геодезической сети и опор ных маркшейдерских сетей, и 2/3 значений предельных погрешно стей, если они определены относительно точек теодолитных ходов (микротриангуляции). Если определяемые скважины являются одновременно и точка ми теодолитного хода или удалены от точек хода на расстояние, не превышающее длину мерного прибора, то допустимая длина тео долитного хода между исходными пунктами - 16 км, а между ис ходным пунктом и узловой точкой и между узловыми точками 11 км. Теодолитный ход прокладывают в соответствии с требова ниями, указанными для теодолитного хода с точностью 1:2000. При длине хода, превышающей 10 км, необходимо определять ис тинный азимут одной из линий в средней части хода с точностью 0,5-1,0'. Определение планового и высотного положений устьев скважин тахеометрическими ходами допускается при предельной длине хо да 1,5 км для скважин 3-й группы, 8 км - для скважин 2-й группы. При этом линейные и высотные невязки не должны превышать значений предельных погрешностей, указанных в табл. 11.2. Определение высот устьев скважин 1-й и 2-й групп выполняют по топографическим картам и планам, имеющим, как правило, се чение рельефа не более значений погрешностей определения вы сот, приведенных в табл. 11.2. Для определения высот устьев сква жин 3-й группы в качестве исходных могут быть использованы вы соты точек, фиксирующих четкие контуры (люки колодцев, цоколи
зданий и т.д.). Высоту передают нивелированием не меньше чем от трех таких точек: расхождение между наименьшей и наибольшей переданными высотами не должно превышать 0,3 м. Определение высот устьев скважин 1-й группы и указанных в 2.1 (2-я группа - см. табл. 11.2) - барометрическим нивелировани ем выполняют в соответствии с требованиями Инструкции по топографо-геодезическому обеспечению геолого-разведочных работ. При этом точность приборов и выбор способа барометрического нивелирования должны обеспечивать определение высот устьев скважин со средней квадратической погрешностью, не превышаю щей половины предельной погрешности определения высот. Определение высот устьев скважин геометрическим и тригоно метрическим нивелированием производят в соответствии с требо ваниями настоящей Инструкции. Допустимые длины ходов для скважин 2-й и 3-й групп для предприятий нефтяной и газовой промышленности приведены в табл. 11.3. Если при переводе скважин из одной категории в другую или при передаче разведочных площадей в эксплуатацию точность оп ределения устьев скважин не соответствует требованиям табл. 11.2, то необходимо выполнить повторное определение координат и вы сот устьев скважин. В результате выполненных работ по определению координат устьев скважин оформляются материалы: • схемы теодолитных и нивелирных ходов; • журналы измерения углов и линий; Таблица 11.3
Длина ходов, км, при нивелировании Группа скважин 2-я группа 2.1. Структурные и поиско вые скважины 2.2. Разведочные скважины 3-я группа Все категории скважин на эксплуатационных площад ках
техниче ском
горизонталь ным лучом
тригономет рическом
25
70
50
10
50
25
2,5
30
10
• журналы геометрического (тригонометрического, баромет рического) нивелирования: • ведомости вычисления координат и высот вспомогательных точек и устьев скважин. Местоположение куста скважин определяют главный геолог и главный маркшейдер НГДУ в присутствии представителя техноло гической службы УБР на основании ПТД на разработку месторож дения, которая определяет расположение забоев скважин с учетом условий бурения и разработки, правил техники безопасности, глу бин продуктивных пластов, сохранения наиболее ценных сельско хозяйственных и лесных угодий, а также норм отвода земельных участков под объекты добычи нефти и газа, допустимых расстоя ний от существующих на поверхности объектов, соответствующих санитарным и противопожарным нормам. Перенесение и закрепление куста скважин в натуре производит маркшейдерская служба НГДУ по письменному распоряжению главного геолога. Куст устьев скважин необходимо переносить на местность с по грешностью, обеспечивающей точность выдачи каждой отдельной скважины в кусте (см. табл. 11.1) Схему расположения устьев скважин в кусте разрабатывают со ответствующие службы НГДУ совместно с УБР. Исходным графи ческим материалом при этом служат структурные геологические, топографические карты и фотопланы масштаба 1:25 000-1:10 ООО, а также технологические схемы разработки. Для определения координат и высот устьев скважин в кусте и выдачи ориентирных направлений до начала бурения вблизи или на территории куста закладывают не менее чем два опорных пунк та и определяют их координаты и высоты. Допустимая погреш ность плановой и высотной привязки устьев скважин не должна превышать значений, приведенных в табл. 11.2. Пункты заклады вают с учетом их долговременной сохранности. Направление оси ствола скважин и длины проекции смещения забоя определяют по фактическим координатам устья и проектным координатам забоя скважины. Перед началом строительства кустов УБР составляет техноло гическую схему строительства, которую согласовывают с главным маркшейдером нефтегазодобывающего управления. Перенесение в натуру осей кустов скважин производят отделы инженерных изы
сканий территориальных НИПИ или отделы маркшейдерских работ НГДУ. Закрепленные на местности оси передают по акту, один эк земпляр которого оставляют в НГДУ, а другой передают предста вителю управления буровых работ. По окончании строительства укрупненного куста представите лю УБР передают местоположение устьев трех скважин. При этом необходимо учесть размеры участка куста по проекту. Минималь ное расстояние между станками при их сближении в процессе бу рения должно быть не менее высоты бурового станка плюс 5 м. При этом направление движения станков (НДС) в кусте может сов падать или же быть противоположным. Устье первой скважины в кусте привязывают после установки фонаря. Одновременно определяют директивный угол направления мостков (ориентирное направление) и уточняют дирекционный угол движения станка. Ориентирное направление и НДС опреде ляют со средней квадратической погрешностью 5'. При определе нии координат устья скважины наблюдения могут выполнять с крон-блока или переходной площадки. Положение первой скважины по координатам накалывают на план расположения скважин, по которому графически определяют уточненные значения дирекционных углов и длин проекций сме щения забоя для всех скважин, бурящихся с данного куста. Направ ление движения станка и уточненные значения дирекционных углов и длин проекций смещения забоя по каждой скважине передают в технологическую службу УБР для определения очередности буре ния. По заданным значениям расстояний между устьями скважин с учетом очередности бурения вычисляют окончательные дирекционные углы и длины проекций смещения забоев, которые в письмен ном виде за подписью главного маркшейдера НГДУ передают в УБР. После окончания бурения всех скважин в кусте по известному дирекционному углу направления движения станка и измеренным расстояниям между устьями скважин вычисляют окончательные координаты устьев скважин, которые записывают в каталог. Маркшейдерская служба УБР в процессе бурения ведет дежур ный план расположения устьев и забоев скважин в кусте, передает исполнительный план куста маркшейдерской службе НГДУ. Маркшейдерская служба НГДУ проверяет исполнительный план куста и с учетом данных промыслово-геофизических исследований скважин ведет каталог координат точек маркирующих горизонтов.
Предельные значения погрешностей перенесения в натуру про ектного положения устьев, бурящихся с земной поверхности в под земные горные выработки технологических скважин, не должны превышать в плане и по высоте 0,5 м относительно пунктов плано вых и высотных геодезических сетей. Основанием для перенесения в натуру проектного местоположения устья скважин является ут вержденный главным инженером предприятия технический проект на бурение скважины. Задание направлений добывающих скважин осуществляют в со ответствии с проектом, разработанным на плане масштаба 1:1000. Направлением добывающей скважины является дирекционный угол проекции оси ствола скважины на горизонтальную плоскость. Направление добывающей скважины из галереи задают теодоли том или другим угломерным прибором типа гониометра и закреп ляют в кровле галереи тремя марками. Отклонение положения устья скважины от проектного не должно превышать ±0,5 м. До пустимая погрешность направления скважины ±30'. Угол наклона оси ствола скважины задают перед началом бурения путем уста новки штанги бурового станка на нужный угол с помощью теодо лита, угломера-квадрата или транспортира и отвеса. Монтаж бурового станка по направлению и углу наклона перед забуриванием скважины контролирует сменный надзор. Постоян ный контроль за бурением скважины ведет геологическая служба. Главный маркшейдер предприятия не менее одного раза в год про водит выборочный контроль проводки скважин по проектному на правлению, о чем составляет акт, один экземпляр которого пере дают главному инженеру шахтоуправления. Выборочный контроль должен составлять не менее 5 % общего числа бурящихся за год нефтедобывающих скважин. 11.3. МАРКШЕЙДЕРСКИЙ КОНТРОЛЬ ОБУСТРОЙСТВА И РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
П
равила контроля точности устанавливают в зависимости от характера объекта контроля и контролируемых параметров, объемов производства и стабильности технологических процессов. При этом должны быть установлены номенклатура контролируе мых параметров; метод контроля; план контроля и порядок его
проведения, средств контроля, точность и условия измерения; ме тод оценки. Контроль точности назначают, как правило, выборочным, а в необходимых случаях - сплошным. Сплошной контроль следует назначать при небольших объемах производства, нестабильном характере производства, в том числе в период наладки технологических процессов и операций, при по вышенных требованиях к обеспечению заданной точности. Маркшейдерский контроль вскрыши и добычи общерас пространенных полезных ископаемых, необходимых для обуст ройства месторождений, а также попутных полезных ископаемых осуществляется в соответствии с действующими нормативными документами. При производстве земляных работ для строительства скважин или других объектов промыслового, промышленного и граждан ского строительства организация, ведущая строительство, должна выполнять сплошной контроль: • размеров площадки, отведенной для строительства объектов; • толщины снимаемого плодородного слоя почвы; • объемов и мест расположения отвалов для временного хра нения снятого слоя почвы; • положения и объемов земляных амбаров для отработанного бурового раствора и сточных вод; • размеров обваловки, предохраняющих сток воды. Маркшейдерская служба при этом выполняет выборочный по количественному или альтернативному признаку контроль перечня путем производства исполнительной съемки и сравнения получен ных результатов с данными, заложенными в проекте на строитель ство объектов. В комплекс контрольных измерений при строительстве буро вой вышки входят: • контроль закрепления разбивочных осей; • плановая и высотная выверка фундаментов; • плановая и высотная выверка опорных конструкций (фун даментных балок, рамдизельных агрегатов и др.); • плановая и высотная выверка оборудования; • выверка вертикальности шахтного направления; • выверка соосности буровой вышки, ротора и шахтного на правления.
Вынос в натуру главных осей буровой установки обязателен для буровых, срок строительства которых более одного года. Исходной точкой для выноса главных осей буровой установки является центр устья ствола скважины. Вынос их производят с помощью теодоли та, установленного над центром скважины. Начальное направление выносят в сторону приемных мостов. Вынос в натуру осей основа ний оборудования выполняют от главных осей буровой установки полярным способом, способами прямоугольных координат, линей ной засечки или их комбинацией. Две главные взаимно перпенди кулярные оси на местности закрепляют знаками, устанавливаемы ми по два с каждой стороны от центра. Главные разбивочные оси закрепляют постоянными знаками, обеспечивающими их долго временную сохранность; вспомогательные оси закрепляют времен ными знаками - металлическими штырями, деревянными колыш ками. Знаки, закрепляющие главные оси, следует устанавливать за пределами зоны земляных работ. Расстояние от них до вышки должны обеспечивать нормативные условия для последующих на блюдений за деформацией вышки. Знаки должны сохраняться на весь период работы буровой. Ответственным за их сохранность является буровой мастер. По результатам разбивочных работ со ставляют исполнительную схему закрепления осей с привязкой осевых знаков не менее чем к трем четко выраженным объектам местности. Контроль соотношения геометрических элементов буровой ус тановки является обязательным для скважин, срок строительства которых более трех месяцев. Контроль остальных буровых произ водят при необходимости. Точность монтажа вышки и оборудова ния должна соответствовать требованиям, изложенным в техниче ских описаниях и инструкциях по эксплуатации, прилагаемых заводами-изготовителями, в действующих ведомственных инструк циях. Предельные отклонения в положении смонтированных кон струкций и оборудования не должны превышать значений величин, приведенных в инструкции, а средняя квадратическая погрешность контрольных измерений должна быть не более 1/2 этих значений. Выверку планового положения конструкций и оборудования осу ществляют створными методами. При этом створ можно задавать леской, проволокой, оптическим или световым методами. Глубину скважины по стволу измеряют периодически в про цессе ее бурения при отборе керна, производстве каротажа, инкли
нометрии, измерении температуры, перфорации, отбора грунтов боковыми грунтоносами и других работах в скважине. Глубину скважины по стволу в процессе бурения, по окончании бурения и при отборе забойных кернов измеряют при помощи бурильных труб, а в остальных случаях - при помощи каротажного кабеля. При измерении глубины скважины по стволу с помощью бурильных труб длину буровой колонны определяют как сумму слагаемых для от дельных труб (свеч). Длину трубы (свечи) измеряют при спуске (подъ еме) колонны дважды, для чего используют стальную компарированную рулетку длиной не менее 20 м при измерении длины отдель ной трубы и 30-40 м - при измерении свечи, если расхождение меж ду двумя измерениями не превышает среднее значение длины трубы (свечи). В противном случае измерение повторяют. Результаты из мерений каждой трубы (свечи) заносят в буровой журнал. Контрольное определение глубины скважины производят при инклинометрических измерениях по каротажному кабелю. Расхож дение между результатами измерений, выполненными при опреде лении длины буровой колонны и по каротажному кабелю, не долж но превышать 0,1 % от измеренной глубины скважины по стволу. Результаты измерений фиксируют в буровом журнале на каро тажной диаграмме. При измерении глубины скважины по стволу с помощью каротажного кабеля отклонение между соседними метка ми, отмеченными на диаграмме, от соответствующих меток на кабеле не должно превышать 2 мм в масштабе каротажной диа граммы. При исследовании скважины в незначительных интерва лах глубин на диаграмме должна быть отражена длина кабеля в пределах двух или более меток. Для контроля измерения глубин по меткам на кабеле следует: • последний каротаж производить другим кабелем; • при последующем каротаже перекрывать измерениями не менее 50 м ранее прокаротированного участка ствола сква жин, а в случае отсутствия на нем четко выраженных ано малий нужно увеличивать интервал перекрытия до появле ния их (при этом расхождения в определении глубин между основным и повторным измерениями для предприятий неф тяной и газовой промышленности не должны превышать приведенных в инструкции допусков); • отмечать на диаграмме положение в стволе скважины баш мака обсадной колонны;
Глубина скважины по стволу, мм
Допустимые расхождения, м
До1 1-2 2-3 3^ 4-5 5-6 Свыше б
1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 4,0 5,0
• на кабеле через 500-700 м закреплять контрольные (сиг нальные) метки по обе стороны от основной на расстоянии 1-1,5 м9 которые регистрируют на диаграммах наряду с ос новными; • сопоставлять глубины, полученные по каротажному кабелю и бурильной колонне. Погрешности измерения глубин по меткам на каротажном кабе ле вычисляют по результатам двух независимых измерений на пе рекрытых каротажем участках ствола скважин. Эти измерения про изводят при одних и тех же условиях, но при помощи разных кабе лей. Для этого по перекрытым участкам сопоставляют между собой глубину одних и тех же точек и вычисляют расхождения между ними, которые не должны превышать значений, приведенных в инструкции. Среднюю квадратическую погрешность измерения глубин для площади, залежи или месторождения вычисляют по разностям двойных измерений. При инклинометрии каротажный кабель в скважину опускают через блок-баланс. При этом необходимо: • обеспечить соответствие диаметра блок-баланса ролика ти пу каротажного кабеля; • обмывать кабель при подъеме его из скважины; • при работе зимой следить, чтобы в желобе блока не обра зовывалось обледенение. Если не выдерживаются требования "Инструкции по проведе нию инклинометрических исследований в скважинах" (в дальней шем "Инструкция по инклинометрии"), необходимо при наличии закономерностей в результатах измерений по счетчику и меткам на каротажном кабеле вводить поправки в показания счетчика. При отсутствии закономерностей в изменении расхождений между по
казаниями счетчика и результатами измерений по меткам на кабеле необходимо исправить или заменить счетчик, после чего измерения повторить. Контроль проводки ствола скважины по проектному про филю включает следующие основные виды работ: • задание направления стволу скважины; • ориентирование отклонителя; • проверку текущего положения оси ствола скважины в про странстве (в процессе ее проводки); • проверку отклонения оси ствола скважины от проектной трассы. Для задания направления стволу скважины необходимо прове рить компоновку низа бурильной колонны, предназначенной для искривления ствола скважины, а именно: • соответствие геометрических размеров компоновки проект ным; • наличие на вогнутой стороне образующей отклоняющей компоновки рисок, указывающих действие отклонения; • соответствие направления магнита в магнитном переводни ке с плоскостью искривления отклонения; • нанесение меток на замках труб по одной образующей. При этом метки должны быть нанесены с точностью ±0,001 м/0°30'; • результаты инклинометрии ранее пробуренного участка ство ла скважины. Разбивку и закрепление ориентирного направления скважины производят в соответствии с требованиями выше упомянутой Ин струкции. Работа по ориентированию отклонителя заключается: • в определении положения плоскости действия отклонителя относительно плоскости ориентирного направления (при несовпадении их); • в определении угла поворота отклонителя; • в установке отклонителя в заданном направлении; • в проверке правильности установки отклонителя. Расчеты по установке отклонителя заносят в журнал. При забуривании наклонного ствола из вертикального участка скважины глубиной до 250 м для определения положения отклони теля используют способ ориентированного спуска инструмента.
Текущий контроль пространственного положения оси ствола бури мой скважины осуществляют в соответствии с регламентом на бу рение скважины, при этом во внимание принимаются следующие основные факторы: форма траектории оси ствола скважины; геоло гическое строение района работ; метод бурения ствола скважины и реконструкции бурового инструмента; проходка на долото; конст рукция скважины. При длине вертикального участка ствола сква жины под кондуктор до 200 м первую инклинометрию проводят после его проходке. Первое измерение при забуривании наклонного участка отвода нужно проводить после проходки интервала, на котором угол от клонения от вертикали увеличивается до 4-5°. Если в результате первого измерения наклонного участка ствола нет необходимости изменять ориентирный угол, то последующие измерен™ проводят через интервалы 100-150 м (через одно-два долбления). При изме нении азимута геометрические параметры направления скважины нужно измерять через 25-30 м (после каждого рейса) до тех пор, пока ствол не будет выведен на нужное направление. При бурении прямолинейного наклонного участка ствола с применением стаби лизирующих устройств интервалы между измерениями следует назначить в зависимости от геологического строения района. Если геологические условия таковы, что азимут наклонного ствола резко не меняется в зависимости от проходимых пород, измерения мож но проводить через 100-150 м проходки. Если же естественные ус ловия искривления способствуют резкому изменению азимута, то интервалы между измерениями должны быть сокращены, а при очень неблагоприятных условиях следует ограничить величину рейса. На интервалах уменьшения угла отклонения от вертикали инклинометрию выполняют после каждого рейса с шагом, регла ментируемым Инструкцией по инклинометрии. Если проходка на долото меньше или равна шагу измерений, то последний уменьша ется в два раза. Окончательную инклинометрию в открытом участке ствола по всему интервалу производят в обязательном порядке перед спус ком обсадной колонны. Шаг измерений при этом принимают в со ответствии с "Инструкцией по инклинометрии". При инклиномет рии участков ствола скважины в процессе его проходки точек пе рекрытия принимают в соответствии с "Инструкцией по инклино метрии". Фактическая траектория оси ствола скважины всегда бу
дет отличаться от проектной. Допустимые отклонения устанавли вают с учетом требований разработки месторождений, бурения скважин и их эксплуатации. Проект (технологическая схема) разработки месторождения предусматривает для каждой скважины определенную точку вскры тия продуктивного горизонта. При этом необходимо учитывать геологическое строение разбуриваемой площади (месторождения), физику пласта, технологические факторы бурения, погрешности проводки скважины и определения пространственного положения ее. Для оптимальных условии бурения и эксплуатации скважин не обходимо учитывать угол общего искривления оси ствола скважин (угол смежности), интенсивности искривления ствола (отношение общего искривления в градусах к длине интервала скважины, вы раженной в десятках метров). Угол общего искривления определя ется из выражения /
1
2 a i “ a i-1
С(ь ^arcsinWsin —-—^ —L + sin —— ——s i n _ j sinG^ .
(11.1)
Погрешность общего угла искривления определяется по форму ле о
о
.
Wq SUI (0 j. - 0 j _ | ) s in
т
\/2
9
9
4 ° t/ “ а ; _ 1
— ------ — ~ +
A
~~
t
=—----- +WQsin (©z- —©/-_ j)cos —----- —- + ,
(11.2)
I * ma s*n^(a i _cc/_i)s^ 9 / б/» где mQ - средняя квадратическая погрешность определения угла отклонения оси ствола скважины от вертикали; 0,, 0М - углы от клонения оси ствола скважины от вертикали в начале и в конце ин тервала соответственно; а , , а м - азимуты в начале и в конце ин тервала измерений соответственно; та - средняя квадратическая погрешность определения азимута. Допустимые численные значения отклонений точек вскрытия пласта скважиной от их проектного местоположения по каждому
Минимальный угол наклона пласта, град
Масштаб карты разреза
Минимальное расстояние между точками вскрытия пласта, м
10 15 15
1:10 000 1:25 000 1:50 000
135 135 300
продуктивному горизонту определяют данные, приведенные в табл. 11.5. При определении расстояний между проектными и фактически ми точками вскрытия пласта вводят поправку за наклон, если фак тические углы наклона и расстояния больше указанных в табл. 11.5. В качестве критерия оценки положения характерной точки оси ствола скважины принята средняя квадратическая погрешность. Оценивать положение характерной точки оси ствола скважины можно также на плоскости и в пространстве через эллипс и эллип соид погрешностей соответственно. Для сравнения фактического положения характерной точки оси ствола скважины с проектным ее положением необходимо иметь дежурный план проводки скважины в масштабе 1:500 и 1:2000, на котором изображена проектная и строится фактическая трассы оси ствола скважины. Вокруг проектного положения характерной точ ки радиусом /?, равным значению допуска, в соответствующем масштабе строят окружность. Оформление результатов измерений, вычисление окончатель ных координат и определение погрешностей измерений, а также выдачу материалов заказчику должны производить в соответствии с требованиями "Инструкции по инклинометрии". При кустовом бурении запрещается начинать строительство очередной скважины, если на предыдущую отсутствуют данные по пространственному положению ее ствола. 11.3.1. ОРГАНИЗАЦИЯ КОНТРОЛЯ
Г
лавный (старший) маркшейдер предприятия совместно с пред ставителем ведомственной геофизической метрологической службы один раз в квартал должен провести контроль установоч
ных столов У СИ-2, оптических квадратов и теодолитов, предна значенных для градуировки и поверки точечных инклинометров. Контролю подлежат также журналы поверок УСИ-2 и инклиномет ров. Главный (старший) маркшейдер предприятия один раз в квар тал должен провести выборочный контроль журнала инклиномет рии и материалов вычисления координат с оценкой погрешностей определения пространственного положения точек оси ствола скважин. Не реже одного раза в год выборочный контроль работ по опре делению пространственного положения оси стволов скважин осу ществляет комиссия, возглавляемая главным маркшейдером пред приятия, с обязательным присутствием представителя геофизиче ского подразделения, выполнявшего инклинометрию скважин, и технологической службы бурения объединения. При контроле журналов измерений и материалов обработки ре зультатов инклинометрии проверяют соблюдение методики изме рений, установленной "Инструкцией по инклинометрии" и другими инструктивными материалами. Особое внимание следует уделить выявлению систематических приборных погрешностей по резуль татам двойных измерений в точках перекрытия интервалов изме рений. Результаты контроля оформляются актом, в котором отме чают нарушения требований инструкций. Акты проверок направ ляют объединению, геофизическому тресту, промыслово-геофизи ческой конторе, главному маркшейдеру объединения, нефтегазо добывающему управлению. Геодезический контроль качества ведения строительных работ включает: • проверку фактического положения (в плане и по высоте) конструкций зданий и сооружений в процессе их строи тельства и монтажа; • исполнительную съемку фактического положения смонти рованных и постоянно закрепленных конструкций. Геодезической проверке подлежат все несущие и ограждающие конструкции зданий и сооружений, а также инженерные коммуни кации. Исполнительной съемке подлежат только те конструкции зда ний и сооружений, от точности положения которых зависит вы полнение требований и точности последующего монтажа. Пере
чень конструкций, подлежащих исполнительной съемке, устанав ливают проектом производства работ. Фактическое положение конструкций (вертикальность, горизон тальность, соосность и др.) должно определяться строительно-монтажной организацией на всех этапах строительства. Правильность их положения проверяют сопоставлением с размерами и отметка ми, указанными в рабочих чертежах, и значениями допусков, уста новленными СНиПами. Контроль планового положения конструкций выполняют непо средственным измерением расстояний между осями или гранями конструкций, контроль высотного положения - геометрическим нивелированием, а контроль вертикальности - механическим спо собом (при высоте до 5 м), методом наклонного проектирования, а при высоте более 50 м - зенит-приборами. Погрешность геодезических измерений должны быть не более 1/3 значений допусков, предусмотренных СНиПами или техниче ским проектом. По результатам исполнительной съемки составляют исполни тельные схемы, которыми подтверждается соответствие фактиче ского положения конструкций размерам и отметкам, указанным в рабочих чертежах. 11.4. МАРКШЕЙДЕРСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ И РЕМОНТА ПОДВОДНЫХ ПЕРЕХОДОВ ТРУБОПРОВОДОВ
М
аркшейдерские и геодезические работы, связанные с прием кой в эксплуатацию трубопроводов и сопутствующих ком муникаций, базируются на результатах их детального обследова ния. Обследование подводных коммуникаций проводят для получе ния материалов, отображающих их пространственное положение и техническое состояние берегоукрепительных сооружений, выпол няют его специализированные подразделения. По периодичности, составу и объему выполняемых работ об следование технического состояния подводных трубопроводов подразделяют на I, II и III классы. Размеры границ съемки и перио дичность обследования подводных трубопроводов определяют в зависимости от класса обследования и категории участка реки в соответствии с табл. 11.6.
Класс об следования
Периодичность обследования участка реки, категории 1
I
2
3
Размеры границ съемки
4
Однократно для составления формуляра подводного пере хода магистрального трубо провода
В длину не менее пятикратной ши рины (5В*) русла выше створа пере хода и не менее 2В ниже створа, в ширину - 300 м от урезов воды вглубь берегов II Четыре Два Два Два В длину - 2В выше створа перехода года года года года и В ниже створа, в ширину - от уре зов воды 50 м дальше ближайшей запорной арматуры, а при ее значи тельном удалении в ширину - 200 м от урезов воды III Ежегодно для всех категорий В длину - 50 м выше и ниже створов перехода, в ширину - 50 м от урезов воды в глубь берегов * В - ширина русла. Таблица 11.7 Катего Плановые де формации, рия уча стка реки м/год
Высотные деформа ции, м/год
1
Незначитель ные
1
2
До Ю
1-2
3
10-100
1-2
4
Более 100
Более 2
Тип руслового процесса Малые реки шириной до 50 м с ленточно грядовым, осередковым или побочным типом руслового процесса; средние и крупные реки ленточно-грядового, побоч ного типов Малые, средние и крупные реки ленточ но-грядового, побочного типов Средние и крупные реки с русловым про цессом ограниченного и свободного меандрирования, русловая и пойменная многорукавность Крупные реки всех типов руслового про цесса. Горныс, предгорные реки и реки с ярко выраженными неустойчивыми рус лами. Значительные переформирования дна и берегов могут происходить в корот кое время
Категорию участка реки в районе подводного перехода опреде ляют в зависимости от планово-высотных деформаций берегов и русла реки в соответствии с табл. 11.7. При недостаточной глубине залегания подводного трубопровода на судоходных и сплавных реках, а также при наличии оголений трубопровода на реках всех категорий дополнительно к обследова нию П1 класса производят водолазное обследование. Внеочередные обследования выполняют при переформирова ниях русла реки, вызванных высокими паводками, наводнениями, стихийными бедствиями, строительством новых дюкеров в районе эксплуатируемых переходов. Перед строительством (капитальным ремонтом), а также при приемке законченного строительства (капитального ремонта) под водного перехода трубопровода назначают дополнительное обсле дование II класса. Для определения соответствия выполненных работ требованиям проекта по окончании каждого этапа строительства (капитального ремонта) перехода производят обследование III класса. Топографические планы масштаба 1:10 000-1:5000 прибреж ных участков подводных переходов при обследовании I класса получают аэрофототопографическими методами. Топографическую съемку прибрежных участков, русловой части перехода и подземных подводных коммуникаций при обследовании II, III классов выполняют наземными методами. Топографическую съемку прибрежных участков подводных переходов производят в соот ветствии с требованиями Инструкции. Плановую и высотную геодезические сети на подводных переходах развивают от пунк тов и реперов государственной геодезической сети в соответствии с требованиями Инструкции. Самостоятельные плановые геодезические сети подводных пе реходов разрешается создавать в том случае, если на расстоянии до 5 км от перехода отсутствуют пункты государственной геоде зической сети и геодезических сетей сгущения. Координаты пунктов самостоятельной геодезической сети вычисляют в услов ной системе координат. Азимут исходной стороны определяют из астрономических наблюдений или при помощи гиротеодолита со средней квадратической погрешностью не более Г. В отдельных случаях разрешается ориентирование исходной стороны выпол нять с помощью буссоли.
На подводных переходах магистральных трубопроводов незави симо от ширины реки в межень необходимо закладывать следую щее количество строительных реперов: • на однониточных переходах - два репера (по одному на каж дом берегу); • на двуниточных переходах - четыре (по два на каждом бе регу). Строительные реперы закладывают за пределами коридора ма гистрального трубопровода в местах, обеспечивающих их долго временную сохранность. Реперы следует закладывать на контроль ных берегах, выше границы высоких вод, в местах, не подвержен ных размыву, оползням, другим смещениям грунта. На участках затапливаемых речных долин допускается установка строительных реперов на расстоянии не менее 200 м от руслового берега. Заклад ка строительных реперов на пахотных землях, а также в пределах охранных зон электрических кабелей, других подземных сооруже ний не допускается. В качестве строительных реперов применяют грунтовые знаки долговременного закрепления, заложенные под бур или вручную на 0,5 м ниже глубины промерзания, но не менее, чем на глубину 12 м, а также металлургические костыли или штыри, забитые в стены зданий и сооружений, анкерные болты, другие характерные устойчивые точки сооружений. Все строительные реперы включа ют в плановую геодезическую сеть перехода. Каждый репер дол жен быть привязан промерами не менее, чем к трем характерным контурным точкам местности и к ближайшей нитке трубопровода. Проектно-изыскательские организации после завершения работ по созданию планово-высотного обоснования подводного перехода трубопровода обязаны сдать по акту закрепительные знаки и строи тельные реперы представителю районного трубопроводного управ ления. К акту сдачи-приемки прилагается следующая техническая документация: • план землепользований в масштабе 1:10 000-1:25 000 на район подводного перехода и прилегающей к нему терри тории с нанесенными на нем закрепительными знаками и реперами; • схема подводного перехода трубопровода в масштабе 1:2000-1:5000 (в зависимости от ширины водной преграды) с нанесенными закрепительными знаками и реперами;
• карточки закладки строительных реперов; • каталоги координат и высот строительных реперов и знаков долговременного закрепления точек съемочных сетей. Ко ординаты в каталогах приводят в условной системе коор динат, высоты - в Балтийской системе высот. На участках подводных переходов магистральных трубопрово дов для обеспечения подводно-технических работ после окончания строительства перехода производят установку осевых закрепитель ных знаков. Осевые закрепительные знаки устанавливают на каж дом трубопроводе, строго над ним, на разных берегах непосредст венно у руслового берега реки или в других удобных для створных наблюдений местах. В качестве осевых применяют типы знаков долговременного закрепления съемочных сетей. Осевые закрепи тельные знаки включают в съемочную сеть подводного перехода трубопровода. Их осевые закрепительные знаки устанавливают в присутствии представителя районного трубопроводного управле ния. Закрепительные знаки в охранной зоне трубопровода следует закладывать вручную. Применять при этом механические средства запрещается. Промер глубин на участках подводных переходов трубопрово дов выполняется для получения крупномасштабного плана донного рельефа, который совместно с планом береговых участков состав ляет общий план подводного перехода; общей оценки технического состояния подводного перехода; изучения причин происходящих русловых деформаций; разработки проектов капитального ремонта трубопровода. Масштабы топографической съемки участка подводного пере хода трубопровода, вертикальные масштабы профилей принимают в зависимости от ширины реки в межень по зеркалу воды в створе перехода (табл. 11.8). Рельеф донной части русла реки изображают горизонталями в Балтийской системе высот. При топографических съемках русла Таблица 11.8 Ширина реки, м
Масштаб съемки
Вертикальный масштаб профилей
До 100 100-1000 1000-2000 Свыше 2000
1:500 1:10 000 1:2000 1:2000-1:5000
1:100 1:100 1:100-1:200 1:100-1:200
реки в масштабах 1:500, 1:10 ООО, 1:2000 принимают высоту сече ния рельефа 0,5 м, при съемке в масштабе 1:5000 и 1:10 ООО - 0,51,0 м. В состав промерных работ входят: наблюдение за рабочим уровнем воды, непосредственное выполнение промера глубин, оп ределение планового положения промерных точек, определение инженерно-геологических характеристик данного грунта по створу перехода. Наблюдения за рабочим уровнем воды заключаются в определении отметки мгновенной уровенной поверхности (рабочих уровней), относительно которой производят промер глубин и вы числение отметок для водоема. Отметки рабочих уровней опреде ляют путем нивелирования уреза или при помощи временных во домерных постов, устанавливаемых на участке подводного перехо да в период промерных работ. Отметки нуля водомерной рейки (верха свай) определяют техническим нивелированием от ближай ших строительных реперов подводного перехода. Промер глубин производят из судна, движущегося по галсам. По отношению к ди намической оси потока галсы могут бьггь поперечные, косые, про дольные, криволинейные. Во время ледостава промерные линии разбивают непосредственно на льду. Промер глубин разделяют на облегченный, подробный и специ альный. Каждому из этих промеров соответствует своя частота гал сов и промерных точек. Облегченный промер выполняют за пределами коридора под водного перехода при обследовании I и II классов. В пределах ко ридора подводного перехода трубопровода независимо от класса обследования выполняют подробный промер. Специальный промер выполняют по створу трубопровода при всех классах обследований только в местах открытых трубопроводов, на участках их провиса ния, а также на всех этапах строительства (реконструкции) подвод ного перехода трубопровода. При исполнительной съемке постро енного трубопровода по створу перехода выполняют подробный промер. Расстояния между галсами и промерными точками зависят от вида промера и ширины зеркала водоема (табл. 11.9) Для равномерного покрытия всей площади русла промерными точками в основном прокладывают поперечные галсы, которые располагают параллельно направлению оси трубопровода. На бере гу направления галсов закрепляют створными знаками, на воде -
Облегченный промер Подробный промер Ширина Расстояние Расстояние Расстоя Расстоя зеркала между про между про водоема, м ние между мерными ние между мерными галсами, м галсами, м точками, м точками, м До 50 50-100 100-1000 1000-2000 Свыше 2000
20 40 100 100-200 200-400
5-10 10-20 40 100 200
10 10 20 40 100
5 5 10 20 410
Специальный промер Расстоя Расстояние ние меж между про ду галса мерными ми, м точками, м 5-10 5-10 10-20 20-40 40-80
2-5 2-5 5-10 10-20 20-40
буями. Створы определяют путем продолжения вдоль берега тео долитного хода. Косые галсы прокладывают под углом к динамической оси по тока при больших скоростях течения, когда трудно выдержать прямолинейное движение судна на поперечных галсах. Радиальные галсы прокладывают на крутых поворотах русла реки. Промер по продольным галсам (вдоль оси потока) выполняют в случае проведения облегченного промера для определения характера рельефа дна; при изучении русловых процессов; на отдельных уча стках водотоков с большими скоростями течения; как дополнитель ный или контрольный галс; при определении участков незасыпанных (незамытых) траншей и оголенных или провисающих участков трубопроводов путем использования эхолотов с непре рывной регистрацией глубин на батиграмме; при контроле за про ведением работ по засыпке оголенных участков трубопроводов и замыву траншей. На реках с сильным течением прокладывают галсы маятнико вым способом: промерное судно движется по криволинейным гал сам, близким к дуге окружности, радиус которой определяется длиной вытравленного троса, стоящего на якоре судна. Междугалсовые расстояния при маятниковом способе определяются длиной вытравленного троса. На водоемах шириной до 300 м при отсутствии судоходства до пускается производить промеры по размеченному тросу, натянуто му под заданным углом к оси потока.
Независимо от способов проложения промерных галсов межгалсовые расстояния при подробном промере не должны превышать 2 см в масштабе создаваемого плана. Промерные створы закрепляют на берегу (воде) створными зна ками (буями), расстояние между которыми должно быть не менее 4 % расстояния от переднего знака до конца галса, а также задают при помощи лазерного визира. Техническими средствами измерения глубин на участках под водных переходов трубопроводов должны быть откомпарированные эхолоты с самописцами или эхолоты с цифровой индикацией для измерения глубин от 1 м и более, ручные лоты - для глубин от 2 до 20 м и наметки - для глубин до 5 м. Ручные лоты можно при менять при отсутствии сильных течений при промере со льда. На метки используют на мелководных участках, где применение эхо лотов невозможно из-за наличия водорослей, пузырьков воздуха и т.п. Значения измеренных эхолотом глубин должны быть исправ лены суммарной поправкой эхолота и поправкой за изменение ра бочего уровня. Погрешность измерения глубин в зависимости от гидрологических характеристик водоема определяют техническим проектом. Определение планового положения движущегося по галсу судна выполняют следующими способами по створу и засечке с берега одним прибором; прямыми засечками с берега двумя приборами; непосредственно по размеченному створу. Плановое положение стоящего на якорях судна кроме перечисленных способов опреде ляют способами полярных координат, свободной станции при по мощи электронно-оптического тахеометра, установленного на бе регу, и отражателя, установленного на судне. Промер со льда вы полняют в период ледостава сразу после разбивки створов для уст ранения погрешностей, вызванных подвижками льда в зоне работы ГЭС. Плановое положение промерных точек определяют путем проложения теодолитных ходов или геодезическими засечками. Целесообразность применения того или иного способа опреде ления планового положения промерной точки принимают, что средняя квадратическая погрешность поперечного направления (мензульная засечка) на движущийся катер равна 7', а средние квадратические погрешности измерения углов теодолитами (пря мая угловая засечка) - Г. Угол пересечения направлений засечек допускается в пределах 30-150°.
Перенесение в натуру проектов ремонта подводных переходов трубопроводов выполняет маркшейдерская служба специализиро ванных организаций на основании договора, заключенного с заказ чиком. При перенесении в натуру проектов капитального ремонта под водных трубопроводов на водной поверхности буями отмечают проекции точек или непосредственно выводят земснаряд, крановое судно с конструкциями на проектные точки. Если ремонт трубо провода проводят на протяжении свыше 5 м, то выставляют группу буев, определяющих плановое положение участка ремонта подвод ного трубопровода. Буями также намечают границы участка подводно-технических работ, близлежащие трубопроводы и сопутст вующие коммуникации. До начала разбивочных работ производят водолазное обследо вание участка ремонта и выполняют крупномасштабную съемку русла реки в районе ремонта с целью исследования состояния рус ла реки, трубопроводов и сопутствующих коммуникаций, а также определения объема предстоящих земляных подводных работ. Перенесение в натуру проекта ремонта участка трубопровода производят по разбивочному чертежу (выкопировка из плана), на котором должны быть изображены пикетное значение начальной и конечной точек трубопровода, подлежащего ремонту; координат ная сетка; створные знаки, строительные реперы, другие точки гео дезической сети, которые закреплены долговременными знаками; проектные глубины реки (водоема) в местах ремонта; расстояние между запорной арматурой трубопровода, расположенной на раз ных берегах; расстояние до ближайших параллельных трубопрово дов и сопутствующих коммуникаций. На выкопировке из плана также должны быть даны дополни тельные сведения: согласование проекта ремонта трубопровода с руководителями организаций, производящих эксплуатацию тру бопровода и сопутствующих коммуникаций, а также других за интересованных организаций; даты начала и окончания ремонт ных работ. Выкопировка должна быть подписана маркшейдером и руководителем организации, осуществляющим ремонт трубопро вода. Предельные погрешности вынесения в натуру проектных точек относительно пунктов плановой геодезической сети не должны превышать 1,0 м.
Вынесение в натуру проектных точек осуществляют по створу и прямым засечкам с берега одним теодолитом; прямыми засечками берега двумя теодолитами; непосредственной разбивкой проект ных точек со льда; способом полярных координат или способами свободного станционирования при помощи электронного тахео метра, установленного на берегу, а отражателя - на плавсредстве. Перенесение в натуру проекта ремонта трубопроводов в районе крупных подводных переходов оформляется составлением акта. Акт подписывает маркшейдер и представитель организации-заказ чика, осуществляющей ремонт трубопроводов. В процессе и по завешении работ по перенесению в натуру про екта ремонта трубопровода составляют следующие материалы: вы копировку из плана подводного перехода с нанесением вынесен ных в натуру проектных точек; исполнительную съемку; план масштаба 1:500-1:2000 в зависимости от ширины реки, продоль ный профиль трубопровода и картограмму выполненных подвод ных земляных работ; полевые журналы и ведомости камеральной обработки; акт о сдаче заказчику выполненных маркшейдерских и геодезических работ; пояснительную записку. 11.5. МАРКШЕЙДЕРСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ РАЗРАБОТКИ МОРСКИХ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
и
елью проводимых маркшейдерских работ на морском нефтегазопромысле является: • вынос в натуру осей и точек проектных сооружений; • вывод плавучих буровых установок в проектные точки бу рения; • обеспечение и контроль строительства морских нефтегазопромыслов с последующей исполнительной съемкой после завершения строительства; • наблюдение за деформацией сооружений морских нефтегазопромыслов. Основными средствами определения планового положения в море являются спутниковая радиогеодезическая аппаратура. В прибрежных зонах применяют оптические, радиолокационные сред ства, свето- и радиодальномеры. Основным средством измерения глубин при топографической съемке морского дна и высотной привязке является эхолот. Малые
глубины (до 10 м) допускается измерять лотами. Средние квадра тические погрешности измерения глубин не должны превышать: • 0,3 м на глубинах до 30 м; • 1 % от измеренной глубины на глубинах свыше 30 м. Сеть опорных пунктов, используемых для плановой привязки точек на нефтегазопромысле, составляет опорную морскую геоде зическую сеть. Она развивается на побережье, островах, водной поверхности и в толще воды, на морском дне и гидротехнических сооружениях. Исходными данными для определения планового положения являются координаты опорных наземных и морских пунктов, а также координаты, получаемые при помощи спутнико вых технологий. Систему координат морского нефтегазового промысла устанав ливают техническим проектом обустройства. Отчетным горизон том, к которому приводятся все измерения глубин, является нуль глубин. За нуль глубин на неприливных морях, а также на прилив ных морях при средней величине прилива меньшей 50 см прини мают средний многолетний уровень. При средней величине прили ва, равной и большей 50 см, принимают наинизший теоретический уровень. Обработку результатов геодезических измерений ведут в систе ме плоских прямоугольных координат (X , У) проекции Гаусса, в системе пространственных прямоугольных (X, У, Z) и географиче ских (ф, X) координат. Выбор конкретной системы координат обу словливают видами, содержанием работ, требованиями к отечест венной документации и районам производства работ. Результаты места определений на суше, внутренних водоемах, в прибрежной зоне и на шельфе представляют в прямоугольных координатах Го сударственной системы. На открытых акваториях морей и океанов определения выполняют в геодезических координатах, отнесенных к поверхности референц-эллипсоида Красовского, или в системе координат WGS-84, отнесенных к поверхности общеземного эл липсоида. Все результаты определений необходимо приводить к единой Государственной системе координат. Определение место положений в других системах координат должно быть обосновано в техническом задании или в проекте производства маркшейдер ско-геологических работ. Геодезические и маркшейдерские основы, морские карты, топо графические планы составляют в проекции Меркатора или в пря
моугольной проекции Гаусса. Основы в проекции Меркатора со ставляют по стандартным главным параллелям в нарезке, преду смотренной техническим проектом, или в нарезке использованных карт, а в проекции Гаусса - в Международной разграфке или в раз графке, предусмотренной проектом работ. Плановое положение объектов морского нефтегазопромысла определяют по результатам измерения углов, пеленгов, расстояний, разностей расстояний, их комбинаций. Координаты определяемых точек вычисляют на эллипсоиде или на плоскости в зависимости от удалений от береговых станций и требуемой точности определе ния. Требования к точности плановой привязки обосновывают тех ническим проектом производства работ или положениями настоя щей Инструкции на каждый вид работ. При поисках, разведке, добыче и транспортировке нефти и газа на морских промыслах средняя квадратическая погрешность (СКП) определения планового положения объектов не должна превышать 1,0 мм в масштабе отчетной карты (плана). При работах в сложных гидрометеорологических условиях СКП может быть увеличена до 1,2 мм (при работах на акваториях Арктики и Антарктики до 1,5 мм) в масштабе отчетной карты и обоснована проектом работ. Средняя квадратическая погрешность определения границ участков горного отвода на шельфе не должна превышать 1,0 мм в масштабе графит ческих приложений к решению об отводе. Вывод полупогруженных (ППБУ), самоподъемных (СПБУ) бу ровых установок и буровых судов производят на основании техни ческого задания, выданного главным геологом организации заказ чика. В подготовительный период, перед поисково-разведочным бурением на миллиметровой бумаге составляют планшет в мас штабе 1:2000 с нанесенной сеткой географических координат. На планшет наносят проектную точку бурения, а при выводе ППБУ или СПБУ, кроме этого, и точки постановки маркерных буев. Буровое судно выводят в точку заложения скважины, а суднопостановщик - в точку постановки центрального маркерного буя с помощью навигационного комплекса. После вывода бурового суд на, судна-постановщика в заданную географическую точку оба судна стабилизируют по системе динамического позиционирова ния, систему спутниковой навигации переводят в режим высоко точного трехмерного определения местоположения судна, на план шет наносят осредненное место судна и определяют азимут и расстоя
ние до заданной точки постановки бурового судна или точки по становки буя. Используя систему динамического позиционирова ния буровое судно или судно-постановщик перемещают по задан ному направлению на определенное по планшету расстояние до проектной точки. Если новое место судна-посгановщика (с учетом местоположе ния антенны спутникового приемоиндикатора и точки, с которой производят постановку буя) окажется в пределах 30-метрового ра диуса, в центре которого находится заданная проектная точка по становки одного из центральных буев, то судно-постановщик ста вит буй № 1. Выставленный буй № 1 принимают за исходную точ ку, относительно которой судно-постановщик выставляет всю се рию буев, используя при этом систему динамического позициони рования, доплер-лаг и рациолокационную станцию. Место уста новки маркерных буев наносят на рабочий планшет. Постановку ППБУ, СПБУ в точку бурения осуществляют относительно систе мы буев с постановкой на якорную систему стабилизации бурового судна - путем использования системы динамического позициони рования. Необходимые перемещения выполняют по заданному на правлению на определенное по планшету расстояние. В случае, если точка заложения скважины расположена в зоне действия бере говых радионавигационных станций ОНС, вывод осуществляют с помощью бортового ответчика системы РНС по предрасчетным данным. Новое местоположение ППБУ, СПБУ, бурового судна уточняют и, если новое местоположение окажется в пределах 30метрового радиуса, в центре которого находится проектная точка, то вывод ППБУ, СПБУ или бурового судна считают законченным. Окончательные координаты местоположения устья скважины поисково-разведочного бурения определяют спутниковой аппарату рой в режиме "статика". Вывод ППБУ, СПБУ и бурового судна на точку бурения оформ ляют актом за подписями начальника бурового комплекса, капита на, ответственного маркшейдера, старшего геолога. К акту прила гается планшет масштаба 1:2000 с нанесенной географической сет кой и фактическим местоположением точки бурения. Оформлен ный акт передают организации-заказчику. Наблюдения за деформацией сооружений морских нефтегазо вых месторождений выполняет маркшейдерская служба предпри ятия с целью выявления отклонений от установленных проектом
геометрических соотношений элементов нефтегазопромысловых объектов и своевременного принятия мер по устранению отклоне ний, превышающих допустимые. Значения предельно допустимых отклонений устанавливают соответствующими нормами, правила ми технической эксплуатации оборудования или заданием на про ектирование с учетом особенностей его эксплуатации в условиях морских нефтегазовых месторождений. Наблюдения за деформа циями сооружений морских нефтегазовых месторождений выпол няют по утвержденной руководством предприятия программе, со ставленной с учетом положений Инструкции. Наблюдения за деформацией зданий и сооружений, располо женных в береговой части морских нефтегазовых месторождений, включая объекты сбора, подготовки и транспортирования нефти, а также участки подводных переходов трубопроводов, выполняют, руководствуясь положениями Инструкции. Наблюдения за деформацией буровых установок в процессе их эксплуатации на морских нефтегазовых месторождениях могут вы полняться маркшейдерскими, на основе спутниковых технологий и фотограмметрическими методами с учетом требований настоящей Инструкции. В качестве опорных пунктов при наблюдении за деформацией отдельных элементов буровых установок и других объектов в зави симости от конкретных условий могут использоваться пункты опорной морской геодезической сети, а также специально отмаркированные пункты на консервациях ПБУ. Периодичность наблю дений регламентируется программой работ с учетом особенностей конкретного морского месторождения и расположения сооружений на нем, с возможной корректировкой частоты наблюдений и зави симости от штормовых воздействий. В результате работ по наблю дению за деформацией сооружений морских нефтегазовых место рождений маркшейдерская служба представляет руководству пред приятия технический отчет, Журналы измерений, план расположе ния опорных и деформационных точек, ведомость вычисления чис ленных значений и направлений деформаций, кренов.
12. МАРКШЕЙДЕРСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СТРОИТЕЛЬСТВА И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ (СТРОИТЕЛЬНОЙ ГЕОТЕХНОЛОГИИ)
12.1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОЕКТНОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ СТРОИТЕЛЬСТВА
П
роектирование объекта выполняется в такой последовательно сти. На основании схемы развития и размещения аналогичных объек тов разрабатывают технико-экономическое обоснование (ТЭО) проектирования, строительства, реконструкции или расширения со оружения и определяют расчетную стоимость его строительства. В районе, установленном ТЭО, выбирают площадку для строительства объекта и составляют техническое задание (ТЗ) на проектирование. В соответствии с утвержденным ТЗ разрабатывают проектно сметную документацию в одну стадию для предприятий, зданий и сооружений, строительство которых будет осуществляться по типо вым и повторно применяемым проектам, а также для технически несложных объектов, или две стадии в зависимости от сложности возводимого объекта. Проектно-сметная документация регламенти рована СНиП Инструкцией о порядке строительства, согласования и утверждения проектно-сметной документации на строительство предприятий, зданий и сооружений и другими нормативными доку ментами. В состав проектно-сметной документации проекта входят: • общая пояснительная записка в нескольких книгах с при ложениями* включая папки с копиями чертежей; • организация строительства; • сметная документация. Пояснительная записка проекта состоит из нескольких частей, сре ди которых основными являются: общая, геологическая, энергетиче ская, строительная, генеральный план и транспорт, система управле ния производством, охрана природы, технико-экономическая.
Строительная часть содержит описание и обоснование архи тектурно-строительных решений зданий и сооружений, данные о площади строительства. В особых разделах освещены вопросы организации водоснабжения, канализации, теплоснабжения и вен тиляции, даны чертежи внутренних и внешних сетей коммуника ций. Важной частью пояснительной записки является проект орга низации строительства (ПОС), в котором определены основные технические решения и применяемые материалы для строительст ва. Составной частью ПОС является стройгенплан, который по священ решению вопросов размещения основных и временных со оружений. После утверждения проекта на основании ПОС разраба тывают проект производства работ (ППР), в котором указывается технологическая последовательность строительства, места разме щения оборудования и применяемых материалов. Рабочая документация, выполняется на основании утвержден ного проекта строительства и включает в себя: рабочие чертежи; ведомости объемов строительных и монтажных работ; ведомости потребности в материалах; спецификации на оборудование; смет ную документацию; паспорта строительных рабочих чертежей зда ний и сооружений. К началу работ строительной организации передают комплекты технической и проектной документации. В состав технической документации входят: • планы земной поверхности участков строительства; • план расположения пунктов опорной сети на земной по верхности; • материалы детальной геологической разведки; • чертежи земельных отводов. Проектная графическая документация применительно к строи тельству метрополитенов включает в себя: • генеральный план, на котором указывают все запроекти рованные объекты с их наименованиями и основными раз мерами, план подземных сооружений для транспортных тоннелей и метрополитенов составляется в масштабах 1:2000 и 1:5000; • геометрическую схему трассы в масштабе 1:1000, на ней даются все плановые данные, необходимые для переноса проекта в натуру;
• укладочную схему, являющуюся основным проектным чертежом, где определено положение трассы в вертикаль ной плоскости, она составляется в масштабе 1:2000; • продольный профиль трассы, проектируется на базе об щего геологического разреза и содержит все необходимые данные для перенесения проекта профиля в натуру, все от метки и расстояния даются в нем с точностью до милли метров; • планы шахтных площадок, составляются в масштабе 1:200 и содержат основные данные для разбивки околоствольных выработок. Для детальной разбивки сооружений при строительстве тонне лей и метрополитенов проектирующими организациями выпуска ется комплект проектных чертежей, содержание которых зависит от назначения проектируемого сооружения. На чертежах, выдавае мых проектными организациями строителям, имеются все необхо димые данные, определяющие положение трассы в натуре. 12.2. ЗАДАЧИ МАРКШЕЙДЕРСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА И РЕКОНСТРУКЦИИ ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ адачи маркшейдерского обеспечения строительства и реконст рукции подземных сооружений аналогичны тем, которые вы полняют геодезисты при строительстве наземных сооружений. Принципиальных различий в методике проведения работ и в кон струкции применяемых для производства работ приборов не суще ствует. Однако в случае производства строительных работ под зем лей или добычи полезного ископаемого любым из способов весь комплекс задач, связанных с наземным и подземным строительст вом в пределах горного отвода, обязан решать маркшейдер. Работа маркшейдера при строительстве подземных сооружений начинается со сгущения опорной сети на поверхности, которая должна обеспечить привязку проекта с заданной точностью. Отно сительно пунктов опорной сети производят вынос контура и топо графическую съемку промплощадки, разбивку всего технологиче ского комплекса связанных с подземным строительством основных и вспомогательных зданий и сооружений и коммуникаций.
З
В общем случае задачами маркшейдерского обеспечения при строительстве подземных сооружений являются: • проверка числовых значений разбивочных элементов и гра фической части проектных чертежей; • перенесение геометрических элементов проекта в натуру; • контроль соблюдения установленного проектом соотноше ния геометрических элементов сооружений; • наблюдения за деформациями сооружений; • производство съемочных работ, составление и пополнение графической документации; • учет объемов основных строительных работ. Основную часть перечисленных работ выполняют маркшейдеры строительной организации, и только выполнение некоторых наи более трудоемких и ответственных работ возлагается на специали зированные организации. 12.2.1. ПРОВЕРКА ПРОЕКТНЫХ ЧЕРТЕЖЕЙ
озведение подземных сооружений требует значительных фи нансовых затрат, и соответственно должны быть полностью исключены ошибки переноса проекта сооружения в натуру. Это достигается самой методикой производства маркшейдерских работ, которая предусматривает проведение контрольных измерений и вычислений. Однако не исключена возможность наличия ошибок и просчетов непосредственно в проектной документации. Поэтому, учитывая особую ответственность разбивочных работ при переносе проекта сооружения в натуру, маркшейдерам необходимо выпол нить вычисления и проверить соответствие указанных на проект ных чертежах координат и размеров основных элементов сооруже ния вычисленным значениям. Для особо ответственных сооружений в проектных чертежах указывают значения координат характерных точек сооружения, расстояния и величины дирекционных углов между ними. Исполь зуя эти данные, решая, допустим, прямую геодезическую задачу, последовательно проверяют правильность указанных в проекте ко ординат или при помощи обратной геодезической задачи опреде ляют величины дирекционных углов и расстояний и сравнивают их с проектными значениями.
В
Проверку высотных отметок производят, используя значения уклонов и расстояний, указанных на чертежах, а также расстояний между ярусами сооружения, производя вычисления, сравнивают полученные результаты с проектными значениями. После произведенной проверки координат и высот точек прове ряют размеры, представленные во всем комплексе проектных чер тежей по данному сооружению. Кроме генплана, в комплект рабочих чертежей входят также чертежи различного назначения. Это строительные, энергетиче ские, водоснабжения и канализации, вентиляции, связи и т.д. На каждом из них указаны общие размеры сооружения и отдельных его частей и свои специфические особенности, относящиеся к их конкретному назначению. Поэтому возникает необходимость в сравнении соответствия указанных размеров во всех проектных чертежах по каждому конкретному сооружению, и определения взаимоисключающего расположения вспомогательных конструк ций и закладных деталей. Обычно проверка начинается с общестроительных чертежей пу тем простого суммирования размеров внутренних конструкций и сопоставления полученного результата с общим размером всего сооружения, и в дальнейшем последовательно сравнивают соответ ствующие размеры и положение конструкций во всех остальных чертежах. Проектные чертежи можно принять к производству разбивочных работ только тогда, когда будет совершенно очевидна пра вильность всех размеров и числовых значений, а также наличие согласованности всего комплекса проектных чертежей по данному сооружению. Для получения данных, отсутствующих на проектных чертежах, но являющихся необходимыми для перенесения проекта в натуру, выполняют детальные дополнительные расчеты. 12.2.2. ПЕРЕНЕСЕНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ ПРОЕКТА В НАТУРУ
П
еренесение геометрических элементов проекта в натуру явля ется одним из основных видов маркшейдерской деятельности. Выполняют его для определения на местности планового и высот ного положения характерных точек и плоскостей строящегося со оружения в соответствии с рабочими чертежами проекта.
Компоновка сооружения определяется его геометрией, которая, в свою очередь, задается осями. Относительно осей сооружения в рабочих чертежах указывают местоположение всех элементов со оружения. Система осей играет примерно ту же роль, что и коор динатная сетка на картах и планах. На строительных чертежах (рис. 12.1) оси проводят штрихпунктирными линиями и обозначают цифрами и буквами в круж ках. Для обозначения продольных осей служат буквы русского ал фавита, а для поперечных осей - арабские цифры. Оси обозначают слева направо и снизу вверх. Высоты плоскостей и отдельных точек проекта задают от ус ловной поверхности. В нормативных документах существует понятие "разбивочные оси". На практике же разбивочные оси разделяют на главные, ос новные и промежуточные или детальные оси. Главны е оси - оси симметрии, их обозначают для зданий и со оружений сложной конфигурации. Для линейных сооружений это будут продольные оси этих сооружений. Основными называют оси, определяющие форму и габариты зданий и сооружений. Промежуточные или детальные оси - это оси отдельных эле ментов зданий, сооружений. Возведение строительных конструкций начинают с перенесения проекта сооружения в натуру, т.е. с вынесения и закрепления на местности разбивочных осей. Поэтому маркшейдерские работы по
перенесению проектов зданий и сооружений в натуру называют разбивкой. Весь процесс разбивки сооружения определяется правилом пе рехода от общего к частному. Разбивка главных и основных осей определяет положение всего сооружения на местности, т.е. его размеры и ориентирование относительно сторон света и сущест вующих контуров местности. Детальная же разбивка определяет взаимное положение отдельных элементов и конструкций соору жения. Если положение главных и основных осей может быть опреде лено на местности с погрешностью 30-50 мм, то детальные оси разбивают со средней квадратической погрешностью 2-3 мм и точнее. Точность перенесения основных осей может быть повышена, если это обусловлено проектом, как, например, в случае, когда воз водимое сооружение технологически связано с действующим объ ектом и к точности их взаимного положения предъявляют повы шенные требования. Перед выносом в натуру проекта инженерного сооружения не обходимо выполнить специальную маркшейдерскую подготовку, которая предусматривает: • маркшейдерскую привязку проекта; • составление разбивочных чертежей; • разработку проекта производства маркшейдерских работ. Привязкой проекта называют расчет разбивочных элементов, по которым выносят его в натуру от пунктов маркшейдерско-геодезической основы или капитальных опорных строений. Разбивочными элементами являются расстояния, углы и превы шения, выбор и расчет которых зависит от принятого способа раз бивки. Для выноса сооружения в натуру необходимо иметь на местно сти пункты маркшейдерско-геодезической основы с известными координатами. В этой же системе должны быть определены коор динаты основных точек сооружения, определяющих его геомет рию. Координаты пунктов маркшейдерско-геодезической основы определяют по результатам измерений, проводимых при ее созда нии. Координаты же точек, принадлежащих сооружению, в случае их отсутствия, определяют графически или вычисляют аналитиче ски, при этом используют основные чертежи проекта.
Различают три способа маркшейдерской подготовки разбивочных данных: графический, графоаналитический и аналитический. Графический способ применяют при внутриквартальной жилой застройке, в сельскохозяйственном строительстве, когда к точности планового положения объектов не предъявляют повышенных тре бований. Необходимые линейные и угловые разбивочные элементы определяют графически по генплану с точностью масштаба плана. При графоаналитическом способе подготовки, наиболее ши роко применяющемся на практике, графически определяют коор динаты некоторых точек здания или сооружения, а значения угло вых и линейных разбивочных элементов рассчитывают. При аналитическом способе все данные для разбивки находят путем математических вычислений, при этом координаты минимум двух точек сооружения должны быть указаны на проектных черте жах. Результаты маркшейдерской подготовки проекта отображают на разбивочных чертежах. Разбивочный чертеж является основным документом, по которому выполняют разбивочные работы в нату ре. Его составляют в масштабах 1:500-1:2000, а иногда и крупнее в зависимости от сложности сооружения или составляющих его эле ментов. На разбивочном чертеже показывают: • контуры выносимых зданий и сооружений с их размерами и расположением осей; • пункты маркшейдерско-геодезической основы, от которых производится разбивка; • разбивочные элементы, значение которых подписываются прямо на чертеже. Иногда на разбивочном чертеже указывают значения координат исходных пунктов маркшейдерско-геодезической основы, длины и дирекционные углы исходных сторон, высотные отметки исходных реперов. Эти данные могут служить для контроля в процессе раз бивки и после ее завершения. Для обеспечения своевременности и точности выполнения маркшейдерских работ составляют проект производства маркшей дерских работ. В проекте производства маркшейдерских работ, ко торый является составной частью общестроительного проекта, рас сматриваются: построение исходной разбивочной основы; органи зация и выполнение разбивочных работ, исполнительных съемок;
перечень применяемых приборов и инструментов для обеспечения соответствующей точности измерений и другие вопросы, завися щие от конкретного объекта и условий его строительства. Закрепление осей Вынесенные в натуру оси закрепляются постоянными и времен ными знаками. Постоянными знаками обычно закрепляют главные и основные оси. Места закрепления осей постоянными знаками выбирают на стройгенплане с учетом долговременной их сохран ности, а также обеспечения беспрепятственного ведения строи тельно-монтажных работ. Эти места должны быть удобными для установки над знаками приборов и выполнения измерений. Знаки устанавливают вне зоны земляных работ в местах, свободных от складирования строительных материалов, размещения временных сооружений и строительной техники. Выбор конструкции знаков зависит от условий строительной площадки, наличия строительных материалов, применяемых мето дов разбивочных работ. Конструкции постоянных знаков могут быть различными. Наи более часто для закрепления осей применяют грунтовые постоянные знаки. В качестве постоянных грунтовых знаков используют обрезки металлических труб или рельсов, к нижней части которых прива ривают металлическую крестовину (якорь) для закрепления в бе тонном монолите. К верхней части знака приваривают металличе скую пластину, на которой при помощи керна отмечают положение точки закрепления оси. Иногда в качестве постоянных знаков до пускается использование забетонированных деревянных столбов, положение точки закрепления оси на которых отмечается гвоздем. Грунтовые реперы устанавливают в скважине, пробуренной на глубину не меньше 0,5 м ниже глубины промерзания грунта. После установки знака скважину бетонируют. Постоянные реперы могут быть как грунтовыми, так и стенными, закрепляемыми в капиталь ных стенах или цокольных частях близлежащих зданий. Часто строительные реперы совмещают с постоянными знаками закреп ления разбивочных осей. Для временных знаков используют деревянные колья, костыли, металлические штыри и трубки. Оси закрепляют по обе стороны от габаритов сооружения не менее чем двумя знаками. Грунтовые знаки закрепления осей ог-
р а з д а ю т и промерами производят привязку к местным предметам. Если в створе осей находятся капитальные строения, ограды и т.п., то на их стенах оси маркируют яркой несмываемой краской. Для закрепления, а также для удобства использования в процес се строительства оси выносят на обноску. Обноска представляет собой доску, закрепленную на столбах высотой 0,4-0,6 м. Приме няют также инвентарную металлическую обноску. Оси на деревян ной обноске фиксируют гвоздем, на металлической - специальным передвижным хомутом с прорезью. Известны два вида обноски сплошная и створная.
Требования к точности разбивочных работ Требования к точности разбивочных работ зависят от многих факторов: • вида, назначения, местоположения сооружения; • размеров сооружения и взаимного расположения его час тей; • материала, из которого возводится сооружение; • порядка и способа производства строительных работ; • технологических особенностей эксплуатации и т.п. Нормы точности на разбивочные работы задаются в проекте или в нормативных документах, таких, как: • строительные нормы и правила (СНиП); • государственный стандарт (ГОСТ); • ведомственные инструкции. Точность геометрических параметров в нормативных докумен тах и чертежах определяются предельно допустимыми отклоне ниями. По указанным допускам на положение строительных конструк ций определяют долю, приходящуюся на маркшейдерские измере ния. Для этого с учетом конкретной технологии возведения строи тельной конструкции решается вопрос о соотношении ошибок каж дой технологической операции. Если принять принцип равных влияний всех п источников, то на каждый из них, в том числе и на маркшейдерские измерения ом, придется доля от общей ошибки установки а 0бЩ: ^общ
Когда затруднительно учесть все возможные источники по грешностей строительно-монтажного производства, принимают принцип ничтожно малого влияния ошибок маркшейдерских изме рений на общую ошибку:
( 12.2)
где Я = 0,2-0,4. Переход от допуска к среднему квадратическому отклонению выполняют по формуле 3 Вынос в натуру проектных углов и длин линий
(12.3)
Разбивочные работы сводятся к фиксации на местности точек, определяющих проектную геометрию сооружения. Плановое по ложение этих точек может быть определено с помощью построения на местности проектного угла от исходной стороны и выноса про ектного расстояния от исходного пункта. Построение проектного угла осуществляется от пунктов маркшейдерско-геодезической сети, созданной перед началом произ водства разбивочных работ. Задача сводится к отысканию на мест ности направления, которое образовывало бы с исходным направ лением АВ проектный угол р (рис. 12.2). В нашем случае АВ - исходное направление, С - точка опреде ляемого направления. Работы ведут в следующем порядке. Уста навливают теодолит в точке В и приводят его в рабочее положение. Наводят зрительную трубу на точку А и берут отсчет по лимбу горизонтального круга. Далее прибавляют к этому отсчету проектный угол р и, открепив алидаду, устанав ливают вычисленный отсчет. Теперь визирная ось зритель ной трубы указывает на тре буемое направление. Зная про А ектное расстояние Z, положеВ ние этой точки фиксируют на местности (т. С ). Рис. 12.2. Построение проектного угла,
Стандартные геодезические и маркшейдерские приборы, изго товленные серийно, по точности предназначены для выполнения измерений, а не построений. В результате точность вынесения разбивочных элементов этими приборами оказывается ниже, чем точ ность измерений с использованием этих же приборов. Поэтому, если необходимо построить проектный угол с заданной точностью, поступают следующим образом. Построенный в натуре угол измеряют несколькими приемами и определяют его более точное значение р \ Число приемов, необходимых для измерения угла, определяют по формуле п
(12.4)
где т„ - номинальная для данного теодолита средняя квадратиче ская погрешность измерения угла; щ - требуемая средняя квадра тическая погрешность вынесения угла. Измерив построенный в натуре угол, вычисляют поправку Ар, которую необходимо ввести для уточнения построенного угла. Зная проектное расстояние L, вычисляют линейную поправку ДL: AL = L - , (12.5) Р где Др = р1- р, с; р = 206265. Далее откладывают от точки С перпендикулярно к линии ВС ве личину вычисленной поправки AL и фиксируют точку С1. Угол АВС] и будет равен проектному углу с заданной точностью. Для контроля угол АВС{ измеряют необходимым количеством приемов. Если полученное значение отличается от проектного на допусти мую величину, то работу заканчивают. В противном случае требу ются дальнейшие уточнения. Для построения проектной длины линии необходимо от исход ной точки отложить в заданном направлении расстояние, горизон тальное проложение которого равно проектному значению. Выне сение на местности расстояний может быть выполнено мерными приборами, т.е. рулетками или мерными проволоками, оптически ми дальномерами, свето- и радиодальномерами. Современные электронно-оптические приборы позволяют изме рять и выносить линии с гарантируемой точностью в пределаx f = ± ± (2н-4 + 2-10'6Z), мм,
где L - измеряемое расстояние, км. Вынесение длин мерными приборами для точных разбивок про изводится при постоянном натяжении с введением поправок за компарирование, температуру и наклон линии к горизонту. Откла дываемая на местности величина D —£>о + dk+ dt + df,,
( 12.6)
где D q - проектное (горизонтальное) расстояние; dk - поправка за компарирование, вычисляется по формуле (12.7) к берется из аттестата прибора или определяется путем сравнения рабочей меры с эталонной; /0- длина мерного прибора; d, - по правка за температуру, вычисляется по формуле d, = a.D0(t - t0); а - коэффициент расширения (для стали а = 0,000 011-ь0,000 012); t - температура при измерении; to - температура компарирования; dh - поправка за наклон линии к горизонту, вычисляется по фор муле
( 12.8) у - угол наклона линии; h - превышение концов линии. При вынесении линии с высокой точностью часто поступают следующим образом. На местности от исходной точки сначала от кладывают и закрепляют приближенное значение расстояния. Это расстояние с необходимой точностью измеряют дальномерами или компарированными мерными приборами, учитывая все поправки. Измерив длину закрепленного отрезка, сравнивают ее с проектным значением и находят линейную поправку AL = L„p - LmMи отклады вают ее с соответствующим знаком от конечной точки отрезка. По том, для контроля, построенную линию повторно измеряют. Вынос в натуру проектных отметок, линий и плоскостей проектного уклона Все отметки, указанные в проекте, даются от уровня "чистого пола" или какого-либо другого условного уровня. Поэтому предва
рительно их необходимо перевычислить в систему, в которой даны высоты исходных реперов. Для выноса в натуру точки с проектной отметкой Нпрустанавли вают нивелир примерно посредине между репером с известной от меткой tfRp и выносимой точкой. На исходном репере и выносимой точке устанавливают рейки, взяв отсчет а по рейке на исходном репере, определяют горизонт прибора ГП = 7/ r p + а . Для контроля желательно аналогичным образом проверить зна чение ГП по другому исходному реперу. Чтобы установить точку на проектную отметку 7/пр, необходимо знать величину отсчета по рейке на определяемой точке Ъ = ГП — Я пр
И кр
Cl — //jip»
Вычислив отсчет Ъ, рейку в точке выноса проектной отметки поднимают или опускают до тех пор, пока отсчет по среднему штриху зрительной трубы нивелира не будет равен вычисленному. В этот момент пятка рейки будет соответствовать проектной высо те. Ее фиксируют в натуре. Для контроля, нивелируя обычным способом, определяют фак тическую отметку вынесенной точки и сравнивают ее с проектной. В случае недопустимых отклонений работу выполняют заново. Проектная отметка может быть также установлена следующим образом. Выносимую точку приближенно устанавливают на про ектную высоту. Нивелированием определяют превышение h между приближенно установленной точкой и исходным репером. Полу ченное превышение сравнивают с проектным значением Апр = Нпр - H rр. С учетом знака разности h - Апр изменяют высоту точки, до биваясь, чтобы h = Апр. Для построения в натуре линии с проектным уклоном исполь зуют нивелиры, теодолиты, а также лазерные приборы. Если дана отметка исходной точки НА и проектный уклон /, то отметку другой точки Нв можно вычислить по формуле НВ=НА+ гХпр, где 1>цр—проектное расстояние. Далее вычисленную отметку выно сят любым вышеописанным способом. В случаях, когда превышение между репером и проектной от меткой велико и применение нивелира затруднительно, использу ют тригонометрическое нивелирование. Теодолит устанавливают на репер с известной отметкой, приво дят его в рабочее положение и измеряют высоту прибора / (рис. 12.3). Вычисляют угол наклона визирного луча теодолита:
Рис. 12.3. Вынос проектной высотной отметки теодолитом
Н -# D У= arctg —3^------пр
О2-9)
и на вертикальном круге с учетом места нуля устанавливают соот ветствующий отсчет. В точке выноса проектной отметки устанавливают нивелирную рейку и, поднимая или опуская ее, добиваются, чтобы отсчет по среднему штриху зрительной трубы теодолита был равен высоте прибора /. В этот момент пятка рейки будет соответствовать про ектной высоте. Ее фиксируют в натуре. Для контроля тригонометрическим нивелированием определяют фактическую отметку вынесенной точки и сравнивают ее с проект ной. В случае недопустимых отклонений работу выполняют зано во. 12.2.3. СПОСОБЫ РАЗБИВОЧНЫХ РАБОТ
Д
ля перенесения проекта сооружения в натуру применяют сле дующие способы разбивочных работ: полярной, угловой, ли нейной, створной и створно-линейной засечек, перпендикуляров и бокового нивелирования. Применение того или иного способа зависит от вида сооруже ния, условий его возведения, схемы расположения пунктов опор ной сети, имеющихся в наличии приборов и инструментов, этапа производства разбивочных работ. Целесообразнее применять тот
А В
А
В
Рис. 12.4. Способы разбивочных работ: а - полярный; б - угловой засечки
способ, который при прочих равных условиях обладает необходи мой точностью и минимальной трудоемкостью. На точность разбивочных работ влияют погрешности положе ния исходных опорных пунктов т и, разбивочных работ mv и фикса ции / 77 ф. П олярный способ применяют при разбивке осей зданий, со оружений и конструкций с полигонометрических пунктов, когда эти пункты расположены сравнительно недалеко от выносимых в натуру точек. В этом способе положение выносимой точки С (рис. 12.4,а) на ходят на местности путем отложения от направления АВ проектно го угла р и расстояния L. Разбивочный угол Р определяется как разность дирекционных углов аАВ и аАо Дирекционные углы и рас стояние L вычисляются из решения обратных геодезических задач по координатам точек А, В и С. Средняя квадратическая погрешность выноса в натуру точки С определяется формулой т \ = т 2р + т 2и + ш 2ц+ т \.
( 12.10)
Погрешность разбивки полярным способом зависит от ошибки /яр построения угла Р и ошибки mL отложения проектного расстоя ния L. /
\2
( 12.11)
Погрешности исходных данных при тА = тв = тАВ выражается формулой
а совместная погрешность центрирования и фиксации
[Ь)
ъ
(12.13)
Эти формулы аналогичны, и из них следует, что для уменьше ния влияния ошибок исходных данных и центрирования необходи мо, чтобы угол р и отношение ЫЪ были минимальны, выносимый угол был бы меньше прямого, а проектное расстояние - меньше базиса разбивки, т.е. р < 90°, L < Ь. Способ угловой засечки применяют для выноса недоступных точек, находящихся на значительном расстоянии от исходных пунктов. Применяют прямую и обратную угловые засечки. В способе прямой угловой засечки положение на местности проектной точки С (рис. 12.4,6) находят путем отложения на ис ходных пунктах А и В углов Pi и р2. Разбивочные углы Pi и р2 вы числяют как разность дирекционных углов исходной стороны АВ и сторон АС и ВС. Дирекционные углы сторон определяют путем решения обратной геодезической задачи. Средняя квадратическая погрешность выноса точки С способом прямой угловой засечки зависит от ошибок разбивки, исходных данных, центрирования и фиксации выносимой точки.
ml - w 2p+ ш2и+ т \ + т \ .
(12.14)
Средняя квадратическая погрешность выноса точки способом угловой засечки (12.15) При заданной среднеквадратической погрешности /яр величина ошибки засечки будет зависеть от угла у и расстояния L до опреде ляемой точки. Ошибка засечки будет минимальна при у = 109° 28'. Средняя квадратическая погрешность в положении исходных данных при тА==тв = тАВ
m i - ш ’а в s ^ P i + s ^ f c = т д в sin2 у
b
Совместное влияние ошибок центрирования теодолита и фикса ции выражается формулой (12.17) При разбивочных работах центрирование теодолита и фиксация выносимой точки могут быть выполнены сравнительно точно, поэтому основными ошибками в этом способе являются ошибки соб ственно засечки и исходных данных. Способ обратной угловой засечки основан на принципе редуци рования. На местности находят приближенное проектное положе ние выносимой точки. В этой точке устанавливают теодолит и с требуемой точностью измеряют углы не менее чем на три исход ных пункта. По формулам обратной засечки вычисляют координа ты приближенно установленной точки и сравнивают их с проект ными значениями. По разности координат вычисляют величины редукции и смещают точку в проектное положение. Способ линейной засечки целесообразно применять, когда рас стояния от выносимой в натуру точки до исходных пунктов не пре вышают длины мерного прибора. Положение точки С (рис. 12.5,а) определяется пересечением проектных отрезков, отложенных от исходных пунктов А и В. Наиболее удобно разбивку производить при помощи двух мер ных приборов. От точки А откладывают расстояние Ь\9а от точки В по второму прибору - расстояние Ь2. Перемещая оба мерных при бора при совмещенных начальных отсчетах с центрами пунктов А а
С
б
А
1 о-
С
А В Рис. 12.5. Способ линейной (а )
и
В
2
■о
о
створно-угловой (б) засечек
и В, на пересечении концов отрезков L\ и L2 находят положение выносимой точки С. На точность вынесения проектной точки влияют погрешности разбивки, исходных данных и фиксации: (12.18) Средняя квадратическая погрешность выноса проектной точки способом линейной засечки определится из выражения (12.19) Способы створной и створно-линейной засечек применяют для выноса в натуру осей зданий и сооружений, а также монтаж ных осей конструкций и технологического оборудования. В способе створной засечки положение проектной точки С оп ределяют на пересечении двух створов, задаваемых между исход ными пунктами A-В и 7-2 (рис. 12.5,6) одновременно двумя теодо литами. Погрешность в положении точки С можно рассчитать по фор муле
( 12.20) Средняя квадратическая погрешность разбивки этим способом составит
( 12.21) где Г* - увеличение зрительной трубы прибора; у - угол между створами. Отсюда следует, что точность створной засечки будет выше, ко гда створы пересекаются под прямым углом и выносимая точка С будет в их середине. Створно-линейный способ позволяет определить проектное по ложение выносимой точки С (см. рис. 12.6, а) путем отложения проектного расстояния L по створу АВ. Средняя квадратическая погрешность разбивки здесь определя ется из выражения
L А*
U
■о-
А
Е>
К
43
В
Рис. 12.6. Створно-линейный способ (а) и способ перпендикуляров (б)
( 12.22) Способ перпендикуляров применяют при вынесении в натуру точек перпендикулярно исходным направлениям маркшейдерскогеодезической сети или при наличии строительной сетки. Вынос проектной точки С (рис. 12.6,6) производят по извест ным значениям длин линий L\ и L2 от ближайшего исходного пунк та. Расстояние L} откладывают по створу пунктов АВ. В получен ной точке К устанавливают теодолит и строят от стороны АВ пря мой угол. Откладывая по перпендикулярному направлению рас стояние Ь2 , закрепляют полученную точку С. Для контроля поло жение проектной точки можно определить от другого пункта. Способ перпендикуляров по существу является сочетанием створно-линейного и полярного способов разбивочных работ. Средняя квадратическая погрешность в положении точки С, оп ределенной способом перпендикуляров, может быть выражена формулой (12.23) Отсюда следует, что большее расстояние необходимо отклады вать по створу исходной стороны, а меньшее - по перпендикуляру. В этом случае влияние ошибки построения прямого угла будет ми нимальным. Способ бокового нивелирования применяют для выноса па раллельных (смещенных) осей на различных уровнях и для уста новки строительных конструкций в проектное положение. Положение смещенной оси А'В' определяется при помощи тео долита, ориентированного по створу исходного направления АВ и
горизонтально устанавливаемой нивелирной рейки. При отсчете по рейке L, равном расстоянию между вертикальными плоскостями, проходящими по исходному направлению АВ и выносимой сме щенной оси А'В', пятка рейки определяет положение выносимой оси. Общая погрешность способа может быть подсчитана по фор муле т \= т 2у + т 20+ m l+ т 2ц + т \.
(12.24)
Погрешность установки рейки будет в основном зависеть от перпендикулярности рейки к створу визирования: т \ = L v2/(2p2),
(12.25)
где v - угол отклонения рейки от ее перпендикулярного положения. Погрешность отсчета по рейке подсчитывают по формуле т0 = 0,03/ + —pj—>
(12.26)
где t - цена деления рейки; d - расстояние от прибора до рейки, м. 12.2.4. КОНТРОЛЬ СОБЛЮДЕНИЯ УСТАНОВЛЕННОГО ПРОЕКТОМ СООТНОШЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ СООРУЖЕНИЯ
П
од геометрическими элементами понимают их характерные точки, оси, плоскости. Геометрическими параметрами называют расстояния между точками, осями, поверхностями, предусмотренные проектом углы между осями или осью и плоскостью, радиусы закруглений, габа риты и диаметры сооружений. Маркшейдеры при строительстве различных сооружений долж ны путем контрольных измерений определять отклонение геомет рических элементов сооружений от их проектного положения, про водить сравнение действительных величин геометрических пара метров с их номинальными (проектными) значениями. Контроль осуществляется как в процессе строительно-монтаж ных работ, так и после их завершения. Основой для контрольных измерений при установке конструк ций и оборудования в проектное положение являются разбивочные оси или линии, им параллельные, опорные поверхности, реперы.
О выявленных в результате контрольных измерений недопусти мых отклонениях сообщают главному маркшейдеру строительной организации, главному инженеру и делают соответствующую за пись в Книге маркшейдерских указаний. Результаты измерений, полученные в процессе строительства, фиксируют в полевом журнале и наносят на рабочие чертежи про екта с указанием величин отклонений. По завершению строительства объекта или его частей по ре зультатам измерений составляют исполнительные схемы и черте жи. 12*2.5. НАБЛЮДЕНИЯ ЗА ДЕФОРМАЦИЯМИ СООРУЖЕНИЙ
результате периодического изменения природных условий, таких, как температура, влажность, сейсмические воздействия, и других причин, а также деятельности человека, сооружения в це лом или их отдельные части перемещаются относительно своего первоначального положения. Перемещение конструкций разделяют на две составляющие - по высоте и в плане. Перемещение по высоте называют оседанием, а в плане - смещением или сдвигом. Неравномерное перемещение различных частей сооружений приводит к изменению формы кон струкций, т.е. к их деформациям. Опыт наблюдения за сооруже ниями показал, что абсолютно неподвижных и недеформируемых конструкций нет. Деформацию вызывают и переменные силы, воз действующие на сооружение, такие, как ветровые нагрузки, сол нечная радиация, вибрации, возникающие при работе оборудова ния и движении транспорта, и т.п. По своему характеру деформации конструкций разделяют на упругие и остаточные. При упругих деформациях конструкции по сле уменьшения силы воздействия (нагрузки) принимают преж нюю форму. Упругие деформации наблюдаются, пока нагрузки не превышают определенного предела. Если нагрузки превышают этот предел, то форма конструкции не восстанавливается. В этом случае происходит нарушение прочности сооружения, а в конст рукциях появляются трещины и разломы, а в отдельных случаях это приводит к авариям и разрушению сооружения. Для своевременного предупреждения аварий и более детального изучения причин, их вызывающих, производят систематические
В
наблюдения за деформациями конструкций. С этой целью в конст рукции сооружений закладывают специальные приборы и приспо собления для определения напряжений и взаимного перемещения точек конструкций. Наиболее часто при наблюдениях за деформа циями сооружений используют геодезические методы, позволяю щие полностью определить перемещение конструкций и их частей в пространстве. Наблюдения за деформациями сооружений представляют собой комплекс измерительных и описательных мероприятий по выявле нию величин деформаций и причин их возникновения. По резуль татам наблюдений проверяется правильность проектных расчетов и выявляются закономерности, позволяющие прогнозировать про цесс деформации сооружения, оценить его устойчивость для при нятия своевременных мер, обеспечивающих его нормальную ра боту. Для сложных и ответственных сооружений наблюдения начи нают одновременно с проектированием. На площадке будущего строительства изучают изменение природных факторов и создают систему опорных пунктов для определения степени их устойчиво сти. Наблюдения за сооружением начинают с момента его возведе ния и продолжают в течение всего периода строительства. В зави симости от характера сооружения и природных условий наблюде ния могут продолжаться в течение всего эксплуатационного перио да или могут быть закончены при прекращении деформаций. На каждом этапе возведения или эксплуатации сооружения на блюдения за деформациями производят через определенные про межутки времени. Такие наблюдения называются систематически ми. В случае возникновения факторов, приводящих к резкому из менению величин деформаций, выполняют срочные наблюдения. Параллельно с измерением деформаций для выявления причин их возникновения производят специальные наблюдения за измене нием состояния и температуры грунтов и подземных вод, темпера туры тела сооружения, за изменением метеоусловий, ведется учет изменения строительной нагрузки и нагрузки от установленного оборудования. Для производства наблюдений составляют специальный проект, который в общем случае включает в себя: 1. Техническое задание на производство работ.
2. Общие сведения о сооружении, природных условиях и режи ме его работы. 3. Схему размещения опорных и деформационных знаков. 4. Расчет необходимой точности измерений. 5. Методы и средства измерений. 6. Методику обработки результатов наблюдений и оценки со стояния сооружения. 7. Календарный план периодичности наблюдений. 8. Состав исполнителей, объемы работ и смету. При использовании геодезических методов наблюдения за де формациями существенная роль отводится выбору конструкции и мест расположения геодезических знаков, поскольку от этого су щественно зависит качество результатов наблюдений. Применяемые для наблюдений геодезические знаки делятся на опорные, вспомогательные и деформационные. Опорные знаки служат исходной основой, относительно кото рых определяются смещения деформационных знаков. Закрепля ются они вне зоны деформации с расчетом их устойчивости и дли тельной сохранности. Их количество должно быть не менее трех для обеспечения взаимного контроля за устойчивостью. Вспомогательные знаки являются связующими в схеме измере ний и используются для передачи координат с опорных знаков на деформационные. Деформационные знаки закрепляются непосредственно на ис следуемом сооружении и, перемещаясь вместе с ним, характеризу ют изменение его положения в пространстве. Расположение деформационных знаков на сооружении зависит от цели проведения работ, вида деформации, конструкции соору жения в целом и его отдельных элементов, инженерно-геологичес ких условий и др. Деформационные знаки для определения горизонтальных сме щений сооружений размещаются по периметру, но не реже, чем через 15-20 м, по углам и обе стороны осадочных швов. Высотные реперы располагают по углам и по периметру через 10-15 м, на колоннах, в местах примыкания продольных и поперечных стен. Для изучения деформаций определяют изменение пространст венного положения деформационных знаков за выбранный проме жуток времени. При этом определенное положение и время прини мают за начальное.
Для определения абсолютных или полных осадок S, зафиксиро ванных на сооружении точек, периодически определяют их отмет ки Н относительно исходного репера, расположенного в стороне от сооружения и принимаемого за неподвижный. Чтобы определить оседание точки за определенный промежуток времени, необходимо вычислить разность отметок полученных в начале наблюдений Н0 и через определенный интервал времени Hh
S=
(12.27)
Аналогично можно вычислить оседание за время между преды дущими и последующими периодами (циклами) наблюдений. Среднее оседание Scp всего сооружения или отдельных его час тей вычисляется как среднее арифметическое из суммы осадок всех п точек, т.е. Sср = ^LS/n. Одновременно со средней осадкой для пол ноты общей характеристики указывают наибольшую Smax и наи меньшую Smin оседание точек сооружения. Неравномерность осадки может быть определена по разности осадок AS каких-либо двух точек 1 и 2, т.е. AS12 = S2 - S\. Наклон или крен сооружения определяют как разность осадок двух точек, расположенных на противоположных краях сооруже ния, или его частей вдоль выбранной оси. Наклон в направлении продольной оси называют завалом, а в направлении поперечной оси - перекосом. Величину крена вычисляют по формуле K ^ S2 - S j '
(12.28)
где L - расстояние между точками наблюдения. Горизонтальное смещение отдельной точки сооружения харак теризуется разностью ее координат xh у { и х0, у 09 полученных на различных циклах наблюдений. Оси координат, как правило, рас полагают по направлению главных осей сооружения. Вычисляют смещения по формулам qx = Xi~ х0; gy = yi~ Со относительный прогиб вычисляют по формуле f = 2S2 - ( S i + S3) '
(1229)
Z, +^2 где 5i и 5з - осадки крайних марок прямой линии; S2 - осадка сред ней марки; L \+ Ь2- расстояние между крайними марками.
Кручение относительно вертикальной оси характерно в основ ном для сооружений башенного типа. Оно определяется как изме нение углового положения раднуса фиксированной точки, прове денного из центра исследуемого горизонтального сечения. Изменение величины деформации за выбранный промежуток времени характеризуется средней скоростью деформации. Так, на пример, средняя скорость оседания исследуемой точки за проме жуток времени t между двумя циклами измерений будет Vcp = (Sl+l + + S/)/t. Различают среднемесячную и среднегодовую скорость осе дания. Точность и периодичность наблюдений указывается в техниче ском задании на производство работ или в нормативных докумен тах. В особых случаях эти требования могут быть получены путем специальных расчетов. До достижения полной нагрузки на основание сооружения дол жно быть проведено не менее четырех циклов измерений осадок, первый из них - после возведения фундамента. Наблюдения пре кращаются, если в течение трех циклов измерений величина осадок колеблется в пределах заданной точности измерений. В нормативных документах требования к точности определения осадок или горизонтальных смещений характеризуются средней квадратической ошибкой: 1 мм - для зданий и сооружений, возводимых на скальных или лолускальных грунтах; 3 мм - для зданий и сооружений на песчаных, глинистых и дру гих сжимаемых грунтах; 10 мм - для зданий и сооружений, возводимых на насыпных и других сильно сжимаемых грунтах; 15 мм - для земляных сооружений. На оползневых участках осадки измеряются со средней квадра тической ошибкой 30 мм, а горизонтальные смещения - 10 мм. Крены дымовых труб, мачт, высоких башен и т.п. измеряют с точностью, зависящей от высоты сооружения Н, которая определя ется величиной 0,0005N. Установить необходимую точность измерений деформаций рас четным путем довольно сложно, однако для многих практических задач можно пользоваться формулой
где т - средняя квадратическая ошибка измерения деформации; D - величина деформации за промежуток времени между циклами наблюдений. Выбор времени между циклами измерений зависит от вида соору жения, периода его работы, скорости изменения деформации и других факторов. В среднем в строительный период систематические наблю дения выполняют 1-2 раза в квартал, в период эксплуатации - 12 раза в год. При срочных наблюдениях их выполняют до и после по явления факторов, резко изменяющих обычный ход деформации. 12.2.6. ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ СЪЕМКИ
И
сполнительные съемки входят в состав технологического про цесса строительства, поэтому очередность и способ их вы полнения, технические средства и требуемая точность измерений зависят от этапов строительства. Основное назначение исполнительных съемок - установить точ ность вынесения проекта сооружения в натуру и выявить все от клонения, допущенные во время строительства. Это достигается путем определения положения характерных точек и отдельных частей сооружения, размеров элементов сооружений и расстояний между ними. Исполнительные съемки ведутся в процессе строи тельства по мере окончания отдельных этапов - текущ ие и завер шаются окончательной съемкой готового сооружения. Текущие исполнительные съемки отражают результаты по следовательного процесса возведения сооружения. Начинаются они с нулевого цикла и завершаются установкой технологического обо рудования. Результаты съемок используются также для корректи рования работ на последующих этапах. Особое внимание уделяется исполнительной съемке элементов сооружения, которые после за вершения работ будут недоступны, т.е. скрытым работам. О кончательная исполнительная съемка выполняется для все го объекта в целом и используется для решения задач, связанных с его эксплуатацией, реконструкцией и расширением. В нее также должны входить результаты текущих исполнительных съемок, съемки подземных и наземных коммуникаций, транспортных сетей и элементов благоустройства. Исполнительные съемки производят от пунктов маркшейдерско-геодезической основы, знаков и меток закрепления разбивоч-
ных осей, исходных реперов и опорных поверхностей. Точность выполнения съемочных работ должна обеспечивать надежное оп ределение положения строительных конструкций и технологиче ского оборудования. При этом средняя квадратическая ошибка производства измерений должна быть не более 0,2 допускаемого проектного или нормативного отклонения положения элементов сооружения. К производству исполнительной съемки приступают сразу по сле завершения различных этапов строительства, начиная с нулево го цикла. При устройстве котлована съемку производят после зачи стки дна и откосов. Для этого относительно осей определяют по ложение внутреннего контура, а нивелированием по квадратам отметки дна. Съемку монолитных фундаментов выполняют после затверде ния бетона. Плановое положение определяется путем промеров от осей, а по высоте нивелируют поверхность фундаментов в точках пересечения осей и между ними, примерно через 5 м. Аналогично производят съемку сборных фундаментов. При строительстве блочных, кирпичных и монолитных зданий и сооружений производят поэтажную съемку возведенных конструк ций, определяют положение стен, колонн, их толщину и верти кальность, высотные отметки перекрытий. Кроме этого, выполня ют съемку положения свайного поля, различного рода опорных и анкерных устройств, закладных деталей под установку технологи ческого оборудования. Положение этих элементов в плане опреде ляют относительно осей, а по высоте - относительно реперов. Особое место занимает исполнительная съемка подкрановых путей грузоподъемных механизмов. Ее выполняют как в процессе строительства, так и периодически в эксплуатационный период. Съемка подкрановых путей включает определение расстояний меж ду осями рельсов и прямолинейности рельсов, а также разности отметок между головками рельсов. Исполнительную съемку технологического оборудования про изводят после его установки. Эту съемку производят со знаков, фиксирующих положение разбивочных осей. Определение поло жения оборудования производят по маркировкам или специальным знакам на оборудовании, определяющим его геометрические оси. Результаты измерений отображают на чертежах исполнитель ных съемок. Для составления исполнительных чертежей, как пра
вило, используют рабочие чертежи проектов. При этом руково дствуются некоторыми общими принципами. Масштабы изобра жения могут быть приняты от 1:500 до 1:50, для котлованов - до 1:1000. На чертежах показывают фактические размеры строитель ных элементов и их отклонения от проектного положения, отметки опорных поверхностей и отклонения от них. На всех исполнитель ных чертежах размерность отклонений приводится в миллиметрах, за исключением исполнительных схем котлованов. Знак отклоне ния указывает направление смещения фактического положения относительно проектного. 12.2.7. УЧЕТ ОБЪЕМОВ ОСНОВНЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ РАБОТ
сновой для расчета стоимости выполненных работ является смета, основная часть которой составляется по результатам маркшейдерских замеров фактически выполненных строительных работ. Перечень объемов строительных работ, подлежащих маркшей дерскому учету, зависит от конкретного сооружения. Учет объемов выполненных работ начинается с разработки грунта, монтажа раз личных конструкций и заканчивается отделочными работами. При строительстве тоннелей и метрополитенов к основным работам от носятся: разработка грунта, укладка бетона и монолитного железо бетона, укладка тюбинговых и железобетонных колец, укладка клиновидных прокладок, первичное нагнетание за обделку тонне ля, расчеканка швов, заливка бетона под железнодорожный путь, укладка железнодорожного пути. Если при учете, допустим, количества установленных стеновых плит или плит перекрытия, или колец тоннельной обделки их ко личество достаточно сосчитать, то при учете объема грунта, уло женного бетона или кирпичной кладки необходимо производить дополнительные расчеты. Для подсчета объемов служат материалы съемок, являющиеся основными первичными документами по уче ту объемов. Исходными данными при определении объемов грунта являют ся результаты маркшейдерских замеров, причем переборы грунта сверх допустимых нормативов в расчеты не принимаются. Вывалы грунта оформляются отдельными актами и в объемы основных ра бот не включаются.
О
■ F T -"Г Г
SzJ
1 2 3 4 5 Рис. 12.7. Определение объемов земляных работ способом параллельных се чений
Для определения объемов земляных работ при устройстве кот лована (рис. 12.7) необходимо знать отметки поверхности по про фильным линиям 1 ,2 ,... 5, отметку дна котлована и размеры внеш него и внутреннего контуров по направлению профильных линий. Площадь каждого сечения £, по профильным линиям можно вы числить, как площадь трапеции. Расчет объемов земляных работ не требует высокой точности, поэтому за высоту трапеции h прини мают среднюю глубину по сечению из разности высотных отметок поверхности и дна котлована. Объем грунта между сечениями определяем по формуле (12.31) где Lt - расстояние между сечениями. В краевых частях котлована объем грунта можно вычислить, приняв его за усеченную пирамиду: (12.32) где h - средняя глубина котлована в краевой части; S\, 5г - площа ди дна и поверхности котлована в краевой части. Объем земляных работ при выемке грунта из котлована вычис ляют как сумму объемов образующих котлован тел: V —ZF,. При подземном строительстве для определения объема разра ботанного грунта необходимо определить площадь поперечного
сечения выработки и длину прой денного участка. Площади попе речного сечения сложного очерта ния определяются при помощи пла ниметра или палетки по крупно масштабным чертежам (1:10-1:50). В простых случаях в расчеты при нимают площади правильных гео метрических фигур. Определение объема уложенного бетона произРнс. 12.8. Определение объема пуводят в зависимости от формы лоттевого бетона ковой части сооружения. Исход ными данными для определения площади поперечного сечения уложенного бетона в тоннеле круг лой формы (рис. 12.8) являются радиус сооружения R и отметки лотка Нл и бетона # б Площадь поперечного сечения определяется из выражения (,2.33) где / - длина дуги, / = яЛр/180°; ( 14-5)
где г)* —оседание в точке с абсциссой Х \х \т- максимальное оседа ние; L - длина полумульды; Z = xlL. Таким образом, если известны величина г\т и безразмерная функция S(ZX), можно определить величину оседаний т]х в любой точке с абсциссой X. Функция распределения оседаний S(ZX) может быть задана в виде степенной, тригонометрической функции, функции Гаусса или в других аналитических выражениях. Однако наиболее удобным для практического использования оказалось табличное задание функции. Второй сомножитель в формуле (14.5) - максимальное оседание мульды сдвижения r|m, на величину которого оказывает влияние угол падения и мощность вынимаемого пласта, а также коэффици енты подработанности земной поверхности: tiTO= 9 0m cosa^A ^2,
(14.6)
где qo —отношение величины максимального оседания Г) 0 земной поверхности к вынимаемой (считая по нормали) или эффективной мощности т пласта при полной подработке, горизонтальном зале гании пласта и закончившемся процессе сдвигания; a - угол паде ния угольного пласта; N x = и N2 = yjn^, где щ и п2 - коэф фициенты подработанности земной поверхности. Наклоны гх в любых точках главных сечений мульды определя ются уравнением
/jt=2 k s '( Zjt) = ^ F (Zjc),
(14.7)
Горизонтальные сдвижения точек в главных сечениях мульды определяются из уравнения ^ = 0 , 5 a0r]mF (Z x),
(14-9)
где ао - отношение величины максимального горизонтального сдвижения к максимальному оседанию при полной подработке, горизонтальном залегании пласта и закончившемся процессе сдви жения. Горизонтальные деформации (сжатие и растяжение) в главных сечениях мульды определяются из уравнения sx =0,5a0^ F ' ( Z x). Lj
(14.10)
Значения функций S(ZX)9 F(ZX) и F'(ZX) приводятся для различ ных месторождений и бассейнов в Правилах охраны [13]. Расчеты сдвижений и деформаций выполняются в следующей последовательности. 1. Строятся геологические разрезы по главным сечениям мульды сдвижения, на которые наносятся ранее пройден ные и проектируемые выработки, тектонические наруше ния. Определяют размеры выработок и глубины их распо ложения, а также размеры межлавных целиков. 2. На основе методических или нормативных документов оп ределяют исходные параметры процесса сдвижения (ко эффициенты qo, ао, граничные углы, угол максимального оседания, углы полных сдвижений). 3. Исходя из размеров выработок и глубин их расположения, определяют коэффициенты подработаиности земной по верхности. 4. Рассчитывают величины максимального оседания. 5. По граничным углам, углам полных сдвижений или углу максимального оседания определяют длины полумульд по падению, восстанию и простиранию пласта. Каждая полумульда делится на 10 равных частей.
6. Рассчитываются величины наклонов, кривизны, горизон тальных сдвижений и деформаций, оседаний в точках де ления полумульд и функции распределения. 7. На основе расчетов строятся графики сдвижений и деформаций. 14.1.9. УСЛОВИЯ БЕЗОПАСНОЙ ПОДРАБОТКИ ЗДАНИЙ, СООРУЖЕНИЙ И МЕРЫ ИХ ОХРАНЫ
пределение условий безопасной подработки зданий, сооруже ний и выбор мер их охраны основываются на сравнении рас четных деформаций земной поверхности с допустимыми и пре дельными для подрабатываемых объектов. Все здания в зависимости от их конструктивных особенностей, назначения, восприимчивости к деформациям земной поверхности, особенностей эксплуатации и другим показателям разделяются на разряды (для гражданских зданий - 4 разряда, для промышленных 5), которые регламентируют допустимые и предельные деформа ции. Допустимыми деформациями земной поверхности (основания сооружений) считают деформации, которые могут вызвать повреж дения в сооружениях, устранимые текущим ремонтом и наладоч ными работами с последующей их эксплуатацией по прямому назначению. Предельными деформациями земной поверхности (основания сооружений) считают деформации, превышение которых может вызвать аварийное состояние сооружений, повлечь угрозу опасно сти для жизни людей, находящихся в них. Условия безопасной первичной подработки объектов определя ются безопасной глубиной разработки Н& устанавливаемой по до пустимым деформациям. Различают ожидаемые, вероятные и расчетные сдвижения и де формации. Ожидаемые сдвижения и деформации - сдвижения и дефор мации, определяемые в условиях, когда имеются календарные пла ны развития горных работ и известны необходимые для расчетов исходные данные. Сдвижения и деформации, определяемые при от сутствии календарных планов развития горных работ, называют вероятными.
О
Расчетные сдвижения и деформации - сдвижения и деформа ции, получаемые умножением ожидаемых или вероятных сдвиже ний и деформаций на коэффициенты перегрузки, значения которых приведены в [13]. Безопасной глубиной разработки называют такую глубину, ниже которой горные работ не вызывают в сооружениях деформа ций, более допустимых. Ниже безопасной глубины горные работы могут производиться без применения мер охраны зданий и соору жений. Безопасная глубина определяется по условиям допустимых го ризонтальных деформаций ед и допустимых наклонов /д: т т
(14.11)
где т - вынимаемая мощность пласта, м; [ед] и [/д] - допустимые горизонтальные деформации и наклоны, определяемые для зданий и сооружений расчетный путем; Ке и К, - коэффициенты, опреде ляемые для каждой группы месторождений (бассейна). Для линий электропередачи и наклонных шахтных стволов, для которых установлены коэффициенты безопасности К6, безопасная глубина Нб определяется по формуле (14.12) При разработке свиты пластов безопасная глубина подсчитыва ется отдельно для каждого пласта свиты (как для одиночного) по его мощности, если: • разрыв во времени между отработкой пластов превышает общую продолжительность процесса сдвижения; • деформации от разработки каждого пласта меньше допус тимых, а повреждения от предыдущих подработок полно стью ликвидированы; • принятые схема и порядок отработки пластов не дают од нозначного накопления деформаций. Для оценки условий предельной подработки используется пре дельная глубина разработки - глубина, выше которой горные рабо
ты могут вызывать появление предельных деформаций в зданиях и сооружениях. Предельная глубина, определяется по формулам, если для охра няемого объекта в качестве предельных приняты: горизонтальные деформация (14.13) наклоны (14.14) где [8п] - предельно допустимые горизонтальные деформации; [in] предельно допустимые наклоны. Допустимым и предельным деформациям земной поверхности для жилых и общественных зданий соответствуют допустимые и предельные величины показателя суммарных деформаций, опреде ляемые по формулам: [ А / д ] = [ Л / д ] н И1” 2 ” Зи 4«5>
[А /п ]
= [ А / п ] н «1” 2 ” з « 4 « 5 .
(14.15) (14.16)
где [Д/д]н, [А/П]н - нормативные допустимый и предельный показа тели суммарных деформаций, определяемые в зависимости от на значения гражданских зданий и их этажности, мм; пи п2,п3,п4:>п5 коэффициенты, учитывающие соответственно: грунтовые условия; материал и толщину стен; износ кирпичных и шлакоблочных стен; наличие жестких перекрытий; форму здания в плане (Г-образную, Т-образную, П-образную и т.п.). При деформациях земной поверхности без уступов расчетный показатель суммарных деформаций А/, мм, определяется по фор муле (14.17)
где / - длина здания (отсека), мм; тЕ9 тк - коэффициенты условия работы, осредняющие соответственно горизонтальные деформации и кривизну по длине здания; б и й - расчетные величины горизон тальной деформации (безразмерные) и радиуса кривизны, м; Н3 высота здания от подошвы фундамента до верха карниза, м. Допустимые [ s j и предельные [вп] горизонтальные деформации для гражданских зданий определяются по формуле
w - й » -
........................................................ 12.3.3. Маркшейдерское обеспечение монтажа подъемного комп лекса 12.4. Маркшейдерское обеспечение проведения околоствольных выра боток ............................................................................................................... Часть 3. Геомеханические и геодинамические процессы в массиве гор ных пород и на земной поверхности при недропользовании н их мони торинг.................................................................................................................... 13. Геомеханические процессы в массиве горных пород при разработке ме сторождений открытым способом и их мониторинг.......................................... 13.1. Общие сведения о геомеханических процессах в массиве горных пород при разработке месторождений открытым способом..................... 13.2. Классификация методов расчета устойчивости откосов на карьерах 13 3. Прогнозирование и картирование геомеханических процессов на карьерах......................................................................................................... 13.4. Мониторинг геомеханических процессов на карьерах и разрезах.... 14. Геомеханические и геодинамические процессы при разработке месторо ждений подземным способом и скважинными методами и их мониторинг.... Введение........................................................................................................ 14.1. Сдвижение горных пород и земной поверхности при подземной разработке твердых полезных ископаемых................................................. 14.1.1. Общие сведения о процессе сдвижения горных пород, зем ной поверхности и задачи, решаемые при его изучении...................
258 267 272 272 274 275 276 286 292 293 298 300 303 303 305 310 316
319 323 323 325 331 334 339 339 339 339
14.1.2. Формы и схемы сдвижения горных пород при разработке пластовых месторождений................................................................... 14.1.3. Основные понятия и параметры процесса сдвижения........... 14.1.4. Факторы и условия, влияющие на процесс сдвижения гор ных пород и земной поверхности........................................................ 14.1.5. Методы изучения процесса сдвижения................................... 14.1.6. Маркшейдерские и геофизические наблюдения за сдвиже нием толщи горных пород................................................................... 14.1.7. Наблюдательные станции для определения сдвижений и де формаций земной поверхности и подрабатываемых объектов......... 14.1.8. Расчет сдвижений и деформаций земной поверхности при отсутствии сдвижения пород лежачего бока...................................... 14.1.9. Условия безопасной подработки зданий, сооружений и ме ры их охраны......................................................................................... 14.2. Динамические проявления горного давления при разработке ме сторождений твердых полезных ископаемых............................................. 14.3. Деформационные процессы, обусловленные разработкой место рождений нефти и газа................................................................................. 14.3.1. Причины возникновения деформационных процессов........ 14.4. Мониторинг геомеханических и геодинамических процессов при скважинных методах разработки месторождений..................................... Список литературы...............................................................................................
341 345 352 355 358 363 370 375 381 382 382 400 414
ВЫСШЕЕ ГОРНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
МАРКШЕЙДЕРИЯ Режим выпуска «стандартный» Редактор текста О. И. Сорокина Компьютерная верстка и подготовка оригинал-макета В. П. Малышев Дизайн серии КБ. Капралова Зав. производством Н.Д. Уробушкина
Диапозитивы изготовлены в Издательстве МГГУ Подписано в печать 17.03.2003. Формат 60x90/16. Бумага офсетная № 1. Гарнитура «Times». Печать офсетная. Уел. печ. л. 26,5. Тираж 2000 экз. Заказ 585. ИЗДАТЕЛЬСТВО МОСКОВСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА
Лицензия на издательскую деятельность ЛР N8 062809 Код издательства 5X7 (03) Отпечатано вФГУП «Московская типография № 6» Минпечати РФ 115088, Москва, Южнопортовая ул., 24 Магниевые штампы изготовлены в Первой Образцовой типографии
119991у Москва, ГСП-1, Ленинский проспект, 6, Издательство МГГУ; тел. (095) 236-97-80, факс (095) 956-90-40; телефакс (095) 737-32-65